BR102017011192B1 - SUPER-COOLED WATER GROLET SIZE MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD TO GENERATE AN ALERT - Google Patents
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Abstract
Aparelho e métodos associados se referem a determinar, com base em uma extensão espacial de acumulação de gelo, se uma atmosfera contém gotículas de água super-resfriada que igualam e/ou ultrapassam um tamanho predeterminado. Um alojamento de forma convexa é montado numa aeronave e exposto a uma corrente de ar. O alojamento de forma convexa tem uma região de teste que é monitorada para acumulação de gelo por um detector de gelo. Um localizador de limite determina uma localização específica a ser testada dentro da região de teste. A localização específica determinada corresponde a um limite calculado que separa uma região de acumulação de gelo de uma região livre de gelo se a atmosfera contém gotículas de água super-resfriadas até o tamanho predeterminado. Se o detector de gelo detectar acumulação de gelo na localização específica determinada, um alerta é gerado. O alerta pode informar, vantajosamente, a um piloto de uma atmosfera contendo gotículas de água super-resfriada que igualam ou ultrapassam o tamanho predeterminado.Apparatus and associated methods relate to determining, based on a spatial extent of ice accumulation, whether an atmosphere contains supercooled water droplets that equal and/or exceed a predetermined size. A convex shaped housing is mounted on an aircraft and exposed to an air stream. The convex shaped housing has a test region which is monitored for ice accumulation by an ice detector. A boundary locator determines a specific location to test within the test region. The specific location determined corresponds to a calculated boundary that separates an ice accumulating region from an ice-free region if the atmosphere contains supercooled water droplets up to the predetermined size. If the ice detector detects ice buildup at the specified location, an alert is generated. The alert can advantageously inform a pilot of an atmosphere containing supercooled water droplets that meet or exceed a predetermined size.
Description
[001] Certas condições atmosféricas podem levar à formação de gelo em superfícies de aeronaves. A formação de gelo em superfícies de aeronaves pode aumentar o peso da aeronave e pode aumentar o arrasto da aeronave. O aumento ou do peso ou do arrasto de uma aeronave pode resultar numa velocidade de estol que é mais alta do que ela seria de outro modo numa condição livre de gelo. Formação de gelo em superfícies de elevação pode resultar em uma diminuição na elevação de uma asa e/ou uma diminuição no empuxo de um propulsor. Formação de gelo pode também afetar a controlabilidade de uma aeronave afetando o fluxo de ar sobre superfícies de controle, tal como ailerons.[001] Certain atmospheric conditions can lead to the formation of icing on aircraft surfaces. Icing on aircraft surfaces can increase aircraft weight and can increase aircraft drag. Increasing either the weight or drag of an aircraft can result in a stall speed that is higher than it would otherwise be in an ice-free condition. Ice formation on lift surfaces can result in a decrease in lift of a wing and/or a decrease in thrust of a propeller. Icing can also affect the controllability of an aircraft by affecting airflow over control surfaces such as ailerons.
[002] Várias condições atmosféricas podem causar mais ou menos formação de gelo numa aeronave. Por exemplo, densidade de gotícula de água, teor de umidade total, temperatura do ar, temperatura de gotícula de água, distribuição de tamanho de gotícula, etc. todos são fatores de risco de formação de gelo. Algumas condições atmosféricas podem apresentar pouco ou nenhum risco de formação de gelo numa aeronave.[002] Various atmospheric conditions can cause more or less icing on an aircraft. For example, water droplet density, total moisture content, air temperature, water droplet temperature, droplet size distribution, etc. all are risk factors for ice formation. Some atmospheric conditions may present little or no risk of icing an aircraft.
[003] Várias condições de voo de aeronave podem afetar locais e/ou quantidades de formação de gelo em superfícies de aeronaves. Por exemplo, velocidade do ar, ângulo de ataque, ângulo de glissada e presença de equipamento de degelo todos são fatores em localização e/ou risco de formação de gelo.[003] Various aircraft flight conditions can affect locations and/or amounts of icing on aircraft surfaces. For example, airspeed, angle of attack, slip angle and presence of de-icing equipment all factor into location and/or risk of icing.
[004] Algumas aeronaves têm sido equipadas com equipamento destinado a obter métricas da atmosfera, de modo a predizer se a atmosfera apresenta um risco de formação de gelo em superfícies externas. Formação de gelo em superfícies de aeronaves pode ser percebida visualmente pelo piloto, caso o gelo se forme numa superfície dentro da visão da janela da cabine de pilotos.[004] Some aircraft have been equipped with equipment designed to obtain metrics from the atmosphere, in order to predict whether the atmosphere presents a risk of icing on external surfaces. Ice formation on aircraft surfaces can be visually perceived by the pilot if ice forms on a surface within view of the cockpit window.
[005] Aparelho e dispositivos associados se referem a um sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada. O sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada inclui um alojamento tendo uma superfície externa convexa. O alojamento é configurado para ser montado numa aeronave, de modo a expor a superfície externa convexa a uma corrente de ar da aeronave em voo. O sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada inclui um detector de gelo configurado para detectar acumulação de gelo numa pluralidade de locais de teste dentro de uma região de teste de uma superfície externa convexa. Gelo acumula, em condições favoráveis, em pelo menos uma porção de acumulação de gelo da região de teste. O sistema de medição de tamanho de gotícula de água super- resfriada inclui também um localizador de limite configurado para determinar uma específica da pluralidade de localizações de teste dentro da região de teste da superfície externa convexa. A localidade específica determinada da pluralidade de localizações de teste corresponde a um limite que separa a porção de acumulação de gelo da região de teste e uma porção livre de gelo da região de teste em condições que incluem a atmosfera tendo gotículas de água super-resfriadas até um tamanho máximo predeterminado.[005] Apparatus and associated devices refer to a supercooled water droplet size measurement system. The supercooled water droplet size measurement system includes a housing having a convex outer surface. The housing is configured to be mounted on an aircraft so as to expose the convex outer surface to an air stream from the aircraft in flight. The supercooled water droplet size measurement system includes an ice detector configured to detect ice accumulation at a plurality of test locations within a test region of a convex outer surface. Ice accumulates, under favorable conditions, in at least an ice accumulation portion of the test region. The supercooled water droplet size measurement system also includes a boundary locator configured to determine a specific one of the plurality of test locations within the convex outer surface test region. The determined specific locality of the plurality of test locations corresponds to a boundary separating the ice accumulating portion of the test region and an ice-free portion of the test region under conditions including the atmosphere having water droplets supercooled to a predetermined maximum size.
[006] Algumas modalidades se referem a um método para gerar um alerta em resposta à atmosfera externa a uma aeronave tendo gotículas de água super-resfriadas ultrapassando um tamanho predeterminado. O método inclui expor um alojamento a uma corrente de ar de uma aeronave, o alojamento tendo uma superfície externa convexa. O método inclui determinar uma localização de teste dentro da região de teste da superfície externa convexa. A localização de teste corresponde a um limite calculado que separa a porção de acumulação de gelo da região de teste e da porção livre de gelo da região de teste em condições que incluem uma atmosfera tendo gotículas de água super-resfriadas ultrapassando o tamanho predeterminado. O método inclui monitorar a localização de teste determinada dentro da região de teste para detectar se gelo acumula na localização de teste monitorada. O método inclui gerar um sinal de alerta em resposta à acumulação de gelo sendo detectada na localização de teste monitorada dentro da região de teste.[006] Some embodiments relate to a method for generating an alert in response to the external atmosphere of an aircraft having supercooled water droplets exceeding a predetermined size. The method includes exposing a housing to an air stream from an aircraft, the housing having a convex outer surface. The method includes determining a test location within the convex outer surface test region. The test location corresponds to a calculated boundary separating the ice-accumulating portion of the test region and the ice-free portion of the test region under conditions that include an atmosphere having supercooled water droplets exceeding the predetermined size. The method includes monitoring the determined test location within the test region to detect whether ice accumulates at the monitored test location. The method includes generating an alert signal in response to ice buildup being detected at the monitored test location within the test region.
[007] A FIG. 1 é uma vista esquemática de uma aeronave equipada com um sistema de diferenciação de tamanho de gotícula de água super- resfriada automatizado exemplar.[007] FIG. 1 is a schematic view of an aircraft equipped with an exemplary automated supercooled water droplet size differentiation system.
[008] A FIG. 2 é um diagrama esquemático de acumulação de gelo numa borda de ataque de um elemento curvo em uma corrente de ar.[008] FIG. 2 is a schematic diagram of ice accumulation on a leading edge of a curved element in an air stream.
[009] A FIG. 3 é um diagrama esquemático representando diferentes zonas de acumulação de gelo associadas com diferentes tamanhos de gotículas de água super-resfriadas.[009] FIG. 3 is a schematic diagram depicting different zones of ice accumulation associated with different sizes of supercooled water droplets.
[0010] A FIG. 4 é um gráfico de relações exemplares de tamanho de uma região de acumulação de gelo versus tamanho de gotículas de água super-resfriadas.[0010] FIG. 4 is a graph of exemplary size relationships of an ice accumulation region versus supercooled water droplet size.
[0011] A FIG. 5 é um diagrama de blocos de um sistema de alerta de acumulação de gelo exemplar.[0011] FIG. 5 is a block diagram of an exemplary ice buildup warning system.
[0012] A FIG. 6 é um fluxograma de método exemplar para gerar um alerta se a atmosfera externa a uma aeronave tiver gotículas de água super- resfriadas ultrapassando um tamanho predeterminado.[0012] FIG. 6 is a flowchart of an exemplary method for generating an alert if the atmosphere outside an aircraft has supercooled water droplets exceeding a predetermined size.
[0013] A FIG. 7 é uma vista esquemática de um sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada exemplar que é fixável a uma aeronave.[0013] FIG. 7 is a schematic view of an exemplary supercooled water droplet size measurement system that is attachable to an aircraft.
[0014] A FIG. 8 é um gráfico representando uma abrangência de tamanho de gotículas de água vs localização ao longo de uma corda de um alojamento de forma convexa.[0014] FIG. 8 is a graph depicting a range of water droplet size vs location along a string of a convex housing.
[0015] Aparelho e métodos associados se referem a determinar, com base em uma extensão espacial de acumulação de gelo, se uma atmosfera contém gotículas de água super-resfriada que igualam ou ultrapassagem um amanho predeterminado. Uma região de teste numa superfície externa de uma aeronave é monitorada quanto a acumulação de gelo por um detector de gelo. Um calculador de limite determina uma localização específica a ser testada dentro da região de teste. A localização específica determinada corresponde a um limite calculado que deveria separar uma região de acumulação de gelo de uma região livre de gelo se a atmosfera contém gotículas de água super- resfriadas não maiores que o tamanho predeterminado. Se o detector de gelo detectar acumulação de gelo na localização específica determinada, um alerta é gerado. O alerta pode informar, vantajosamente, a um piloto da aeronave que a atmosfera contém gotículas de água super-resfriada que igualam ou ultrapassam o tamanho predeterminado.[0015] Apparatus and associated methods relate to determining, based on a spatial extent of ice accumulation, whether an atmosphere contains supercooled water droplets that equal or exceed a predetermined size. A test region on an external surface of an aircraft is monitored for ice accumulation by an ice detector. A threshold calculator determines a specific location to test within the test region. The specific location determined corresponds to a calculated boundary that should separate an ice-accumulating region from an ice-free region if the atmosphere contains supercooled water droplets no larger than the predetermined size. If the ice detector detects ice buildup at the specified location, an alert is generated. The alert may advantageously inform a pilot of the aircraft that the atmosphere contains supercooled water droplets that meet or exceed a predetermined size.
[0016] A FIG. 1 é uma vista esquemática de uma aeronave equipada com um sistema de diferenciação de tamanho de gotícula de água super- resfriada automatizado exemplar. Na FIG. 1, a aeronave 10 foi equipada com sistema diferenciador de tamanho de gotícula de água super-resfriada 12. O sistema diferenciador de tamanho de gotícula de água super-resfriada 12 inclui região de teste 14, detector de gelo 16, calculador de limite de gelo 18 e sistema de alerta 20. Na modalidade representada, a região de teste 14 inclui uma porção de uma superfície externa da aeronave 10. Quando a aeronave 10 está voando através de uma nuvem que tem gotículas de água super- resfriadas, gelo pode se formar em superfícies externas da aeronave 10.[0016] FIG. 1 is a schematic view of an aircraft equipped with an exemplary automated supercooled water droplet size differentiation system. In FIG. 1, the aircraft 10 was equipped with supercooled water droplet size differentiator system 12. Supercooled water droplet size differentiator system 12 includes test region 14, ice detector 16, ice limit calculator 18 and warning system 20. In the depicted embodiment, test region 14 includes a portion of an external surface of aircraft 10. When aircraft 10 is flying through a cloud that has supercooled water droplets, ice can form on external surfaces of the aircraft 10.
[0017] Conforme será descrito abaixo, se as condições permitirem, o gelo se forma preferencialmente em localizações diferentes nestas superfícies externas. O gelo tende a se formar em bordas de ataque da aeronave 10 e é menos provável de se formar quando o ar se move mais e mais a ré destas bordas de ataque. O gelo tende a se formar cada vez mais a ré da borda de ataque quando a atmosfera contém gotículas de água super-resfriadas de tamanho crescente. A região de teste 14 pode ser selecionada de modo que gelo acumulará numa porção da região de teste 14 se a atmosfera contiver gotículas de água super-resfriadas de um tamanho predeterminado. Várias modalidades podem usar várias regiões de teste. Em algumas modalidades, a região de teste 14 pode estar localizada na fuselagem da aeronave 10, por exemplo. Em algumas modalidades, a região de teste 14 pode estar localizada num aerofólio, tal como uma asa ou cauda, da aeronave 10. Em algumas modalidades, a região de teste 14 pode estar localizada em algum apêndice da aeronave 10.[0017] As will be described below, if conditions permit, ice preferentially forms in different locations on these outer surfaces. Ice tends to form on aircraft leading edges 10 and is less likely to form as air moves further and further aft of these leading edges. Ice tends to form increasingly aft of the leading edge when the atmosphere contains supercooled water droplets of increasing size. Test region 14 can be selected so that ice will accumulate in a portion of test region 14 if the atmosphere contains supercooled water droplets of a predetermined size. Various modalities may use multiple test regions. In some embodiments, test region 14 may be located in the fuselage of aircraft 10, for example. In some embodiments, test region 14 may be located on an airfoil, such as a wing or tail, of aircraft 10. In some embodiments, test region 14 may be located on some appendage of aircraft 10.
[0018] Na modalidade representada, a região de teste 14 inclui uma janela lateral da cabine de pilotos da aeronave 10. A região de teste 14 é monitorada pelo detector de gelo 16. Vários tipos de detectores de gelo podem ser usados em várias modalidades. Em algumas modalidades o detector de gelo 16 pode ser uma câmara de luz visual. Em algumas modalidades, o detector de gelo 16 pode ser uma câmara de infravermelho, por exemplo. Em algumas modalidades, uma série de sensores locais pode ser usada para detectar acumulação de gelo. Formação de gelo em uma localização a ré dentro da região de teste 14 pode ser indicativa de uma atmosfera tendo gotículas de água super-resfriadas iguais ou ultrapassando um tamanho predeterminado.[0018] In the embodiment shown, the test region 14 includes a side window of the aircraft cockpit 10. The test region 14 is monitored by the ice detector 16. Various types of ice detectors can be used in various modes. In some embodiments the ice detector 16 can be a visual light chamber. In some embodiments, ice detector 16 may be an infrared camera, for example. In some embodiments, an array of local sensors can be used to detect ice buildup. Ice formation at an aft location within test region 14 may be indicative of an atmosphere having supercooled water droplets equal to or exceeding a predetermined size.
[0019] A localização a ré específica dentro da região de teste 14 que é indicativa de uma atmosfera tendo gotículas de água super-resfriadas iguais ou ultrapassando o tamanho predeterminado pode ser afetada por várias condições. Algumas de tais condições que afetam a localização a ré indicativa incluem: parâmetros de aeronaves; parâmetros de voo; e condições atmosféricas. O calculador de limite de gelo 18 calcula a localização a ré indicativa com base em uma ou mais destas condições. Vários tipos de calculadores de limite podem ser usados em várias modalidades. Por exemplo, em algumas modalidades, o calculador de limite de gelo 18 pode executar computações dinâmicas de fluido para calcular a localização a ré indicativa. Em algumas modalidades, uma tabela de consulta pode ser utilizada para determinar a localização a ré indicativa, por exemplo.[0019] The specific aft location within test region 14 that is indicative of an atmosphere having supercooled water droplets equal to or exceeding the predetermined size can be affected by various conditions. Some of such conditions that affect the indicative aft location include: aircraft parameters; flight parameters; and atmospheric conditions. The ice boundary calculator 18 calculates the indicative astern location based on one or more of these conditions. Various types of limit calculators can be used in various ways. For example, in some embodiments, the ice boundary calculator 18 can perform fluid dynamic computations to calculate the indicative astern location. In some embodiments, a look-up table may be used to determine the indicative aft location, for example.
[0020] Se detector de gelo 16 detectar acumulação de gelo na localização a ré indicativa calculada pelo calculador de limite de gelo 18, então, o sistema de alerta 20 gera um sinal de alerta. Em várias modalidades, vários tipos de sinais de alerta podem ser gerados. Por exemplo, em algumas modalidades um sinal de alerta audível pode ser gerado. Em algumas modalidades, um sinal de alerta pode ser na forma de um sinal elétrico enviado para um dispositivo de exibição. Por exemplo, um monitor de exibição pode apresentar uma imagem óptica da região de teste juntamente com um sinal de alerta piscante. Em algumas modalidades, um sinal de alerta pode ser na forma de um sinal para outro sistema de aeronave. O sinal pode ser fornecido ou como um alerta simples ou ele pode ser fornecido com informação adicional a respeito do tamanho de gotículas de água super- resfriadas na atmosfera fora da aeronave.[0020] If the ice detector 16 detects ice accumulation at the indicative aft location calculated by the ice limit calculator 18, then the warning system 20 generates an alert signal. In various embodiments, various types of warning signals can be generated. For example, in some embodiments an audible warning signal may be generated. In some embodiments, an alert signal can be in the form of an electrical signal sent to a display device. For example, a display monitor can present an optical image of the test region along with a flashing alert signal. In some embodiments, a warning signal may be in the form of a signal to another aircraft system. The signal may be provided either as a simple alert or it may be provided with additional information regarding the size of supercooled water droplets in the atmosphere outside the aircraft.
[0021] A FIG. 2 é um diagrama esquemático de acumulação de gelo numa borda de ataque de um elemento curvo em uma corrente de ar. Na FIG. 2, aerofólio tridimensional 22 é mostrado em seção transversal. O aerofólio 22 tem eixo que divide fluxo 24 alinhado com uma direção geral de fluxo de ar. O fluxo de ar é representado por vetores de fluxo 26a, 26b, 26c, 26d. As gotículas de água 28a, 28b são transportadas pelo fluxo de ar. Pequenas gotículas de água 28a geralmente seguem os vetores de fluxo, porque uma massa das pequenas gotículas de água 28a é pequena. Um momento das pequenas gotículas de água 28a é correspondentemente pequeno, devido à pequena massa. Uma vez que o momento é pequeno para pequenas gotículas de água, a mudança da direção e, assim, do momento, destas pequenas gotículas de água pode ser conseguida por forças pequenas, tal como aquelas transmitidas por vetores de fluxo 26a, 26b, 26c, 26d. Gotículas de água pequenas 28a impingem no aerofólio 22 somente próximo ao eixo de divisão de fluxo 24 na borda de ataque 30.[0021] FIG. 2 is a schematic diagram of ice accumulation on a leading edge of a curved element in an air stream. In FIG. 2, three-dimensional airfoil 22 is shown in cross-section. Airfoil 22 has flow dividing axis 24 aligned with a general airflow direction. Air flow is represented by flow vectors 26a, 26b, 26c, 26d. The water droplets 28a, 28b are carried by the air flow. Small water droplets 28a generally follow the flow vectors, because a mass of the small water droplets 28a is small. A moment of the small water droplets 28a is correspondingly small, due to the small mass. Since momentum is small for small water droplets, changing the direction, and thus momentum, of these small water droplets can be achieved by small forces, such as those conveyed by flux vectors 26a, 26b, 26c, 26d. Small water droplets 28a impinge on the airfoil 22 just near the flow split axis 24 at the leading edge 30.
[0022] Grandes gotículas de água 28b, no entanto, têm momentos que são maiores que aqueles das pequenas gotículas de água 28a, devido a maiores massas das grandes gotículas de água 26b. Essas gotículas de água grandes 28b não seguem os vetores de fluxo 26a, 26b, 26c, 26d tão prontamente como fazem as pequenas gotículas de água 28a. Como grandes gotículas de água 28b cruzam mais prontamente vetores de fluxo 26a, 26b, 26c, 26d, essas gotículas de água grandes 28b impingem no aerofólio 22 ao longo de uma seção maior da borda de ataque 30 do que é impingida pelas pequenas gotículas de água 28a. Grandes gotículas de água 28b impingem no aerofólio 22 próximo ao eixo divisor de fluxo 24 na borda de ataque 30 como fazem as pequenas gotículas de água 28a. As grandes gotículas de água 28b também impingem no aerofólio 22 da borda de ataque 30 por uma distância que está relacionada com o tamanho de gotícula. O fluxo de ar transmite uma força nas grandes gotículas de água 28b e, portanto, grandes gotículas de água 28b experimentam mudança de momento. Como gotículas de água grandes 28b podem sofrer essa mudança de momento, estas grandes gotículas de água impingem no aerofólio 22 somente sobre uma faixa limitada em torno da borda de ataque 30.[0022] Large water droplets 28b, however, have moments that are greater than those of small water droplets 28a, due to greater masses of large water droplets 26b. These large water droplets 28b do not follow the flow vectors 26a, 26b, 26c, 26d as readily as the small water droplets 28a do. As large water droplets 28b more readily cross flow vectors 26a, 26b, 26c, 26d, these large water droplets 28b impinge on the airfoil 22 along a larger section of the leading edge 30 than is impinged by the small water droplets 28th. Large water droplets 28b impinge on airfoil 22 near flow divider axis 24 at leading edge 30 as do small water droplets 28a. The large water droplets 28b also impinge on the airfoil 22 of the leading edge 30 for a distance which is related to the droplet size. The air flow imparts a force on the large water droplets 28b and therefore the large water droplets 28b experience change in momentum. As large water droplets 28b can undergo this change in momentum, these large water droplets impinge on the airfoil 22 only over a limited range around the leading edge 30.
[0023] Se as gotículas de água 28a, 28b estiverem super-resfriadas (por exemplo, a temperaturas abaixo de uma temperatura de congelamento da água), então, essas partículas podem congelar mediante impacto com o aerofólio 22 ou outro objeto (por exemplo, uma fuselagem, etc.). Água pura pode estar super-resfriada sem congelamento na ausência de um sítio de nucleação. Tal cenário não é infrequente em atmosferas de nuvem. O choque de impacto e/ou sítios de nucleação estruturais apresentado pelo objeto impingindo pode fazer tais gotículas de água super-resfriadas congelar quase imediatamente mediante esse evento de impacto.[0023] If the water droplets 28a, 28b are supercooled (for example, at temperatures below the freezing temperature of water), then these particles may freeze upon impact with the airfoil 22 or another object (for example, a fuselage, etc.). Pure water can be supercooled without freezing in the absence of a nucleation site. Such a scenario is not uncommon in cloud atmospheres. The impact shock and/or structural nucleation sites presented by the impinging object can cause such supercooled water droplets to freeze almost immediately upon this impact event.
[0024] A FIG. 3 é um diagrama esquemático representando diferentes zonas de acumulação de gelo associadas com diferentes tamanhos de gotículas de água super-resfriadas. Na FIG. 3, o aerofólio 22 representado na FIG. 2 é mostrado em ampliação para demonstrar uma relação entre o tamanho de gotícula de água e a região de impacto. Duas regiões de impacto diferentes 32, 34 são representadas próximo da borda de ataque 30 do aerofólio 22. A região de impacto 32 corresponde a uma pequena região em torno da borda de ataque 30.[0024] FIG. 3 is a schematic diagram depicting different zones of ice accumulation associated with different sizes of supercooled water droplets. In FIG. 3, the airfoil 22 depicted in FIG. 2 is shown in magnification to demonstrate a relationship between water droplet size and impact region. Two different impact regions 32, 34 are depicted near the leading edge 30 of the airfoil 22. The impact region 32 corresponds to a small region around the leading edge 30.
[0025] A região de impacto pequena 32 é uma região na qual gotículas de água que são menores ou iguais a um tamanho relativamente pequeno (tal como pequenas gotículas de água pequenas 28a representadas na FIG. 2), podem impingir para um dado conjunto de condições de aeronave e voo. As pequenas gotículas de água 28a podem seguir prontamente os vetores de fluxo 26a, 26b, 26c, 26d (representados na FIG. 2). Os vetores de fluxo 26a, 26b mostram um padrão de fluxo de ar acima do aerofólio 22 e os vetores de fluxo 26c, 26d mostram um padrão de fluxo de ar abaixo do aerofólio 22. Os vetores de fluxo 26a, 26b divergem dos vetores de fluxo 26c, 26d em torno do eixo central 24. Somente em localizações ao longo da borda de ataque 30 que são próximas ao eixo central 24 podem as pequenas gotículas de água 28a impingir no aerofólio 22. A interseção da borda de ataque 30 e do eixo divisor de fluxo 24 pode ser chamada de ponto de estagnação.[0025] The small impact region 32 is a region in which water droplets that are less than or equal to a relatively small size (such as small small water droplets 28a depicted in FIG. 2), can impinge for a given set of aircraft and flight conditions. Small water droplets 28a can readily follow flow vectors 26a, 26b, 26c, 26d (depicted in FIG. 2). Flow vectors 26a, 26b show an airflow pattern above the airfoil 22 and flow vectors 26c, 26d show an airflow pattern below the airfoil 22. Flow vectors 26a, 26b diverge from the flow vectors 26c, 26d about center axis 24. Only at locations along leading edge 30 that are close to center axis 24 can small water droplets 28a impinge on airfoil 22. The intersection of leading edge 30 and dividing axis of flow 24 can be called a stagnation point.
[0026] A grande região de impacto 34 inclui porções de aerofólio 22 as quais podem ser impingidas apenas por gotículas de água que são maiores do que um tamanho predeterminado (tal como grandes gotículas de água 28b representadas na FIG. 2) para um dado conjunto de condições de aeronave e voo. Como as gotículas de água maiores 28b pode cruzar os vetores de fluxo 26a, 26b, 26c, 26d mais prontamente do que podem as pequenas gotículas de água 28a, essas grandes gotículas de água 28b impingem no aerofólio 22 dentro da região maior (por exemplo, região de impacto grande 34) em torno da borda de ataque 30 do que a região (por exemplo, região de impacto pequeno 32) impingida pelas pequenas gotículas de água 28a. Desta forma, a FIG. 3 demonstra uma relação que existe entre um tamanho de gotículas de água e uma área regional na qual essas gotículas de água dimensionadas são capazes de impacto.[0026] The large impact region 34 includes airfoil portions 22 which can be impinged only by water droplets that are larger than a predetermined size (such as large water droplets 28b depicted in FIG. 2) for a given array. of aircraft and flight conditions. As the larger water droplets 28b can cross the flow vectors 26a, 26b, 26c, 26d more readily than can the smaller water droplets 28a, these large water droplets 28b impinge on the airfoil 22 within the larger region (e.g., large impact region 34) around the leading edge 30 than the region (e.g. small impact region 32) impinged by the small water droplets 28a. In this way, FIG. 3 demonstrates a relationship that exists between a water droplet size and a regional area in which those sized water droplets are capable of impact.
[0027] A FIG. 4 é um gráfico de relações exemplares de tamanho de uma região de acumulação de gelo versus tamanho de gotículas de água super-resfriadas. Na FIG. 4, o gráfico 32 tem eixo horizontal 34 e eixo vertical 36. O eixo horizontal 34 representa o tamanho máximo DMAX de gotículas de água na atmosfera. O eixo vertical 36 representa uma dimensão de distância (por exemplo, o ângulo θ de ponto de estagnação ou comprimento de corda d do ponto de estagnação) da região de impacto. O gráfico 32 tem três relações 38a, 38b, 38c. A relação 38a representa uma relação entre tamanho máximo DMAX de gotículas de água e dimensão de distância da região de impacto para um primeiro conjunto de condições de congelamento. As relações 38b, 38c representam relações entre tamanho máximo DMAX de gotículas de água e dimensão de distância de região de impacto para um segundo e um terceiro conjuntos de condições de congelamento, respectivamente.[0027] FIG. 4 is a graph of exemplary size relationships of an ice accumulation region versus supercooled water droplet size. In FIG. 4, graph 32 has horizontal axis 34 and vertical axis 36. Horizontal axis 34 represents the maximum DMAX size of water droplets in the atmosphere. Vertical axis 36 represents a distance dimension (e.g. stall point angle θ or stagnation point chord length d) from the impact region. Graph 32 has three relationships 38a, 38b, 38c. Relationship 38a represents a relationship between DMAX maximum water droplet size and impact region distance dimension for a first set of freezing conditions. Relationships 38b, 38c represent relationships between DMAX maximum water droplet size and impact region distance dimension for a second and a third set of freezing conditions, respectively.
[0028] Parâmetros que afetam as condições de congelamento podem incluir condições da aeronave, condições de voo e condições atmosféricas, por exemplo. Condições de aeronave podem incluir, por exemplo, uma forma de uma estrutura na qual as gotículas de água impingem, temperatura de uma superfície da região de impacto, configuração da aeronave, etc. Condições de voo podem incluir, por exemplo, um ângulo de ataque, um ângulo de glissada, uma velocidade do ar, temperatura de gotícula de água, teor de água líquida, etc. Condições atmosféricas podem incluir temperatura do ar, pressão do ar, etc. Várias modalidades pode ser mais ou menos afetadas por uma ou mais das condições de congelamento. Por exemplo, algumas modalidades podem ser mais ou menos sensíveis ao ângulo de ataque. Uma estrutura que apresenta substancialmente a mesma forma que o fluxo de ar independente do ângulo de ataque, por exemplo, pode ser não muito sensível a ângulo de ataque. Algumas geometrias podem ser menos sensíveis a ângulo de glissada, por exemplo.[0028] Parameters that affect freezing conditions may include aircraft conditions, flight conditions and atmospheric conditions, for example. Aircraft conditions may include, for example, a shape of a structure on which water droplets impinge, temperature of a surface in the impact region, aircraft configuration, etc. Flight conditions can include, for example, an angle of attack, a glide angle, an air velocity, water droplet temperature, liquid water content, etc. Atmospheric conditions can include air temperature, air pressure, etc. Various modalities can be more or less affected by one or more of the freezing conditions. For example, some modalities may be more or less sensitive to the angle of attack. A structure that has substantially the same shape as the airflow regardless of angle of attack, for example, may not be very sensitive to angle of attack. Some geometries may be less sensitive to slip angle, for example.
[0029] A FIG. 5 é um diagrama de blocos de um sistema de alerta de acumulação de gelo exemplar. Na FIG. 5, o sistema de alerta de acumulação de gelo 40 inclui controlador 42, detector de gelo 44 e região de teste 46 da superfície externa 48 de uma aeronave. O controlador 42 inclui processador(es) 50, interface de detector de gelo 52, interface de aeronave 54, dispositivo(s) de armazenamento 56, dispositivos de entrada de usuário 58 e dispositivos de saída de usuário 60. O(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 tem vários locais de armazenamento ou de memória. O(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 inclui memória de programa 62, a memória de dados de condições 64, módulo de cálculo de limite 66 e um módulo de alerta 68. O controlador 42 está em comunicação com o detector de gelo 44. O detector de gelo 44 é configurado para monitorar a acumulação de gelo na região de teste 46. A região de teste 46 é representada com a porção de acumulação de gelo 70 sobre a qual gelo acumulou.[0029] FIG. 5 is a block diagram of an exemplary ice buildup warning system. In FIG. 5, the ice build-up warning system 40 includes controller 42, ice detector 44 and test region 46 of the outer surface 48 of an aircraft. Controller 42 includes processor(s) 50, ice detector interface 52, aircraft interface 54, storage device(s) 56, user input devices 58, and user output devices 60. s) Storage 56 has multiple storage or memory locations. The storage device(s) 56 includes program memory 62, condition data memory 64, limit calculation module 66, and an alert module 68. Controller 42 is in communication with ice detector 44 Ice detector 44 is configured to monitor ice accumulation in test region 46. Test region 46 is shown with ice accumulation portion 70 over which ice has accumulated.
[0030] Conforme ilustrado na FIG. 5, o controlador 42 inclui processador(es) 50, interface de detector de gelo 52, interface de aeronave 54, dispositivo(s) de armazenamento 56, dispositivos de entrada de usuário 58 e dispositivos de saída de usuário 60. No entanto, em certos exemplos, o controlador 42 pode incluir mais ou menos componentes. Por exemplo, nos exemplos onde o controlador 42 é uma unidade de aviônicos, o controlador 42 pode não incluir dispositivos de entrada de usuário 58 e/ou dispositivos de saída de usuário 60. Em alguns exemplos, tal como quando o controlador 42 é um dispositivo móvel ou portátil, tal como um computador laptop, o controlador 42 pode incluir componentes adicionais, tal como uma bateria, que fornecem energia para componentes do controlador 42 durante a operação.[0030] As illustrated in FIG. 5, controller 42 includes processor(s) 50, ice detector interface 52, aircraft interface 54, storage device(s) 56, user input devices 58, and user output devices 60. However, in In certain examples, controller 42 may include more or less components. For example, in examples where controller 42 is an avionics unit, controller 42 may not include user input devices 58 and/or user output devices 60. In some examples, such as when controller 42 is a device mobile or portable, such as a laptop computer, controller 42 may include additional components, such as a battery, that supply power to components of controller 42 during operation.
[0031] O(s) processador(es) 50, em um exemplo, está(ão) configurado(s) para implementar funcionalidade e/ou processar instruções para execução dentro do controlador 42. Por exemplo, o(s) processador(es) 50 pode(m) ser capaz(es) de processar instruções armazenadas no(s) dispositivo(s) de armazenamento 56. Exemplos de processador(es) 50 pode(m) incluir qualquer um ou mais dentre um microprocessador, um controlador, um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), uma matriz de portas programáveis no campo (FPGA) ou outro circuito lógico discreto ou integrado equivalente.[0031] Processor(s) 50, in one example, are configured to implement functionality and/or process instructions for execution within controller 42. For example, processor(s) ) 50 may be capable of processing instructions stored on storage device(s) 56. Examples of processor(s) 50 may include any one or more of a microprocessor, a controller, a digital signal processor (DSP), application-specific integrated circuit (ASIC), field-programmable gate array (FPGA), or other equivalent discrete or integrated logic circuit.
[0032] O(s) dispositivo(s) de armazenamento 956 pode(m) ser configurado(s) para armazenar informações dentro do controlador 42 durante a operação. O(s) dispositivo(s) de armazenamento 956, em alguns exemplos, é(são) descrito(s) como meios de armazenamento legíveis por computador. Em alguns exemplos, um meio de armazenamento legível por computador pode incluir um meio não transitório. O termo "não transitório" pode indicar que o meio de armazenamento não está incorporado a uma onda portadora ou a um sinal propagado. Em certos exemplos, um meio de armazenamento não transitório pode armazenar dados que podem, ao longo do tempo, mudar (por exemplo, em RAM ou cache). Em alguns exemplos, o(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 é(são) uma memória temporária, significando que um objetivo primário do(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 não é armazenamento de longo prazo. O(s) dispositivo(s) de armazenamento 56, em alguns exemplos, é(são) descrito(s) como uma memória volátil, significando que o(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 não mantém(mantêm) o conteúdo armazenado quando a energia para o controlador 42 é desligada. Exemplos de memórias voláteis podem incluir memórias de acesso aleatório (RAM), memórias de acesso aleatório dinâmico (DRAM), memórias de acesso aleatório estático (SRAM) e outras formas de memórias voláteis. Em alguns exemplos, o(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 é usado para armazenar instruções de programa para execução pelo(s) processador(es) 50. O(s) dispositivo(s) de armazenamento 56, em um exemplo, é(são) usado(s) por software ou aplicativos rodando no controlador 42 (por exemplo, um programa de software implementando detecção de condições de nuvem de longo alcance) para armazenar temporariamente informações durante a execução do programa.[0032] The storage device(s) 956 may be configured to store information within the controller 42 during operation. Storage device(s) 956, in some examples, is(are) described as computer-readable storage media. In some examples, a computer-readable storage medium may include a non-transient medium. The term "non-transient" may indicate that the storage medium is not embedded in a carrier wave or propagated signal. In certain instances, a non-transient storage medium may store data that may, over time, change (for example, in RAM or cache). In some examples, storage device(s) 56 is/are temporary memory, meaning that a primary purpose of storage device(s) 56 is not long-term storage. The storage device(s) 56, in some examples, is(are) described as a volatile memory, meaning that the storage device(s) 56 does not hold the stored content when power to controller 42 is turned off. Examples of volatile memories may include random access memories (RAM), dynamic random access memories (DRAM), static random access memories (SRAM), and other forms of volatile memories. In some examples, storage device(s) 56 is used to store program instructions for execution by processor(s) 50. Storage device(s) 56, in one example, is(are) used by software or applications running on controller 42 (e.g., a software program implementing long-range cloud condition detection) to temporarily store information during program execution.
[0033] O(s) dispositivo(s) de armazenamento 56, em alguns exemplos, também incluem um ou mais meios de armazenamento legíveis por computador. O(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 pode(m) ser configurado(s) para armazenar quantidades maiores de informações do que a memória volátil. O(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 pode(m) ser ainda configurado(s) para armazenamento de longo prazo de informações. Em alguns exemplos, o(s) dispositivo(s) de armazenamento 56 inclui(em) elementos de armazenamento não voláteis. Exemplos de tais elementos de armazenamento não voláteis podem incluir discos rígidos magnéticos, discos ópticos, memórias flash ou formas de memórias eletricamente programáveis (EPROM) ou memórias eletricamente apagáveis e programáveis (EEPROM).[0033] The storage device(s) 56, in some examples, also include one or more computer-readable storage media. Storage device(s) 56 can be configured to store larger amounts of information than volatile memory. Storage device(s) 56 may further be configured for long-term storage of information. In some examples, storage device(s) 56 includes non-volatile storage elements. Examples of such non-volatile storage elements may include magnetic hard disks, optical disks, flash memories or forms of electrically programmable memory (EPROM) or electrically erasable and programmable memory (EEPROM).
[0034] A interface de detector de gelo 52, em alguns exemplos, inclui um módulo de comunicações. A interface de detector de gelo 52, em um exemplo, utiliza o módulo de comunicações para comunicar com dispositivos externos via uma ou mais redes, tal como uma ou mais redes sem fios ou com fios ou ambas. O módulo de comunicações pode ser um cartão de interface de rede, tal como um cartão Ethernet, um transceptor óptico, um transceptor de radiofrequência ou qualquer outro tipo de dispositivo que pode enviar e receber informações. Outros exemplos de tais interfaces de rede podem incluir dispositivos de computação de rádio Bluetooth, 3G, 4G e Wi-Fi 33, bem como Barramento Serial Universal USB).[0034] The ice detector interface 52, in some examples, includes a communications module. The ice detector interface 52, in one example, uses the communications module to communicate with external devices via one or more networks, such as one or more wireless or wired networks or both. The communications module can be a network interface card, such as an Ethernet card, an optical transceiver, a radio frequency transceiver, or any other type of device that can send and receive information. Other examples of such network interfaces might include Bluetooth, 3G, 4G and Wi-Fi 33 radio computing devices, as well as USB Universal Serial Bus).
[0035] A interface de aeronave 54 pode ser usada para comunicar informação entre o controlador 42 e uma aeronave. Em algumas modalidades, essa informação pode incluir condições de aeronave, condições de voo e/ou condições atmosféricas. Em algumas modalidades, essa informação pode incluir dados processados pelo controlador 42, tal como, por exemplo, sinais de alerta. A interface de aeronave 54 pode também incluir um módulo de comunicações. A interface de aeronave 54, em um exemplo, utiliza o módulo de comunicações para comunicar com dispositivos externos via uma ou mais redes, tal como uma ou mais redes sem fios ou com fios ou ambas. O módulo de comunicações pode ser um cartão de interface de rede, tal como um cartão Ethernet, um transceptor óptico, um transceptor de radiofrequência ou qualquer outro tipo de dispositivo que pode enviar e receber informações. Outros exemplos de tais interfaces de rede podem incluir dispositivos de computação de rádio Bluetooth, 3G, 4G e Wi-Fi 33, bem como Barramento Serial Universal USB). Em algumas modalidades, a comunicação com a aeronave pode ser realizada via um barramento de comunicações, como, por exemplo, um protocolo de comunicações padrão Incorporado para Rádio Aeronáutico (ARINC). Numa modalidade exemplar, a comunicação de aeronave com a aeronave pode ser realizada via um barramento de comunicações tal como, por exemplo, um barramento de Rede de Área de Controlador (CAN).[0035] The aircraft interface 54 can be used to communicate information between the controller 42 and an aircraft. In some embodiments, this information may include aircraft conditions, flight conditions and/or atmospheric conditions. In some embodiments, such information may include data processed by controller 42, such as, for example, warning signals. Aircraft interface 54 may also include a communications module. Aircraft interface 54, in one example, uses the communications module to communicate with external devices via one or more networks, such as one or more wireless or wired networks or both. The communications module can be a network interface card, such as an Ethernet card, an optical transceiver, a radio frequency transceiver, or any other type of device that can send and receive information. Other examples of such network interfaces might include Bluetooth, 3G, 4G and Wi-Fi 33 radio computing devices, as well as USB Universal Serial Bus). In some embodiments, communication with the aircraft may be via a communications bus, such as a standard embedded communications protocol for Aeronautical Radio (ARINC). In an exemplary embodiment, aircraft-to-aircraft communication may be accomplished via a communications bus such as, for example, a Controller Area Network (CAN) bus.
[0036] Os dispositivos de entrada de usuário 58, em alguns exemplos, são configurados para receber entrada de um usuário. Exemplos de dispositivos de entrada de usuário 58 podem incluir um mouse, um teclado, um microfone, um dispositivo de câmera, um mostrador sensível à presença e/ou sensível ao toque, botões de pressão, teclas direcionais ou outro tipo de dispositivo configurado para receber entrada de um usuário. Em algumas modalidades, a comunicação de entrada do usuário pode ser realizada via um barramento de comunicações, como, por exemplo, um protocolo de comunicações padrão Incorporado para Rádio Aeronáutico (ARINC). Numa modalidade exemplar, a comunicação de entrada do usuário pode ser realizada via um barramento de comunicações tal como, por exemplo, um barramento de Rede de Área de Controlador (CAN).[0036] User input devices 58, in some examples, are configured to receive input from a user. Examples of user input devices 58 might include a mouse, keyboard, microphone, camera device, presence-sensitive and/or touch-sensitive display, pushbuttons, directional keys, or other type of device configured to receive user input. In some embodiments, user input communication may be accomplished via a communications bus, such as a standard embedded communications protocol for Aeronautical Radio (ARINC). In an exemplary embodiment, user input communication may be performed via a communications bus such as, for example, a Controller Area Network (CAN) bus.
[0037] Dispositivos de saída de usuário 60 podem ser configurados para fornecer saída para um usuário. Exemplos de dispositivos de saída 60 podem incluir um dispositivo de exibição, uma placa de som, uma placa gráfica de vídeo, um alto-falante, um monitor de tubo de raios catódicos (CRT), um visor de cristal líquido (LCD), um visor de diodo emissor de luz (LED), um visor de diodo emissor de luz orgânico (OLED) ou outro tipo de dispositivo para enviar informações de uma forma compreensível para usuários ou máquinas. Em algumas modalidades, a comunicação de saída para o usuário pode ser realizada via um barramento de comunicações, tal como, por exemplo, um protocolo de comunicações padrão Incorporado para Rádio Aeronáutico (ARINC). Numa modalidade exemplar, a comunicação de saída para o usuário pode ser realizada via um barramento de comunicações tal como, por exemplo, um barramento de Rede de Área de Controlador (CAN).[0037] 60 user output devices can be configured to provide output to a user. Examples of output devices 60 may include a display device, a sound card, a video graphics card, a speaker, a cathode ray tube (CRT) monitor, a liquid crystal display (LCD), a light-emitting diode (LED) display, an organic light-emitting diode (OLED) display, or another type of device for sending information in a form understandable to users or machines. In some embodiments, outgoing communication to the user may be accomplished via a communications bus, such as, for example, a standard embedded communications protocol for Aeronautical Radio (ARINC). In an exemplary embodiment, outgoing communication to the user may be performed via a communications bus such as, for example, a Controller Area Network (CAN) bus.
[0038] A FIG. 6 é um fluxograma de método exemplar para gerar um alerta se a atmosfera externa a uma aeronave tiver gotículas de água super- resfriadas ultrapassando um tamanho predeterminado. Na FIG. 6, o método 100 é representado do ponto de vista do(s) processador(es) 50 da FIG. 5. O método 100 começa na etapa 102, onde o(s) processador(es) 50 inicializa(m) o índice I. Então, na etapa 104, o(s) processador(es) 50 recebe(m), da aeronave, condições de aeronave incluindo velocidade do ar A(I), ângulo de ataque AOA(I) e ângulo de glissada AOS(I). O método prossegue, então, para a etapa 106 onde o(s) processador(es) 50 recebe(m), da aeronave, condições atmosféricas incluindo temperatura T(I) e pressão P(I). O método prossegue para a etapa 108 onde o(s) processador(es) 50 recupera, da memória de dados, um tamanho de gotícula de água máximo DMAX.[0038] FIG. 6 is a flowchart of an exemplary method for generating an alert if the atmosphere outside an aircraft has supercooled water droplets exceeding a predetermined size. In FIG. 6, method 100 is depicted from the point of view of processor(s) 50 of FIG. 5. Method 100 begins at step 102, where processor(s) 50 initializes the index I. Then, at step 104, processor(s) 50 receives, from the aircraft , aircraft conditions including airspeed A(I), angle of attack AOA(I) and slip angle AOS(I). The method then proceeds to step 106 where processor(s) 50 receive atmospheric conditions including temperature T(I) and pressure P(I) from the aircraft. The method proceeds to step 108 where processor(s) 50 retrieves a DMAX maximum water droplet size from data memory.
[0039] O método prossegue, então, para a etapa 110 onde o(s) processador(es) 50 calcula(m) uma localização de limite B(I), com base nas condições da aeronave recebidas, A(I), AOA(I) e AOS(I), nas condições atmosféricas recebidas, T(I) e P(I) e no tamanho de gotícula de água máximo recuperado DMAX. Então, na etapa 112, o(s) processador(es) 50 determina(m) uma localização TL(I) dentro de uma região de teste que corresponde à localização de limite calculada B(I). O método 100 prossegue para a etapa 114 onde o(s) processador(es) 50 recebe(m) do detector de gelo 44 (representado na FIG. 5) um sinal indicativo de formação de gelo na localização determinada TL(I). O(s) processador(es) 50 avalia se gelo se formou na localização determinada TL(I) com base no sinal recebido. Se, na etapa 114, o(s) processador(es) 50 determinar(em) que gelo não se formou na localização determinada TL(I), então, na etapa 116 o(s) processador(es) 50 limpa o sinal de alerta ALERT. Se, no entanto, na etapa 114, o(s) processador(es) 50 determinar(em) que gelo se formou na localização determinada TL(I), então, na etapa 118 o(s) processador(es) 50 arma o sinal de alerta ALERT. O método 100 prossegue das etapas 116 e/ou 118 para a etapa 120, na qual o(s) processador(es) 50 incrementa(m) o índice I. Então, o método 100 retorna à etapa 104 e repete.[0039] The method then proceeds to step 110 where the processor(s) 50 calculate(s) a boundary location B(I), based on the aircraft conditions received, A(I), AOA (I) and AOS(I), the received atmospheric conditions, T(I) and P(I) and the maximum recovered water droplet size DMAX. Then, in step 112, processor(s) 50 determine(s) a location TL(I) within a test region that corresponds to the calculated boundary location B(I). Method 100 proceeds to step 114 where processor(s) 50 receive(s) from ice detector 44 (depicted in FIG. 5) a signal indicative of ice formation at the determined location TL(I). The processor(s) 50 judges whether ice has formed at the determined location TL(I) based on the received signal. If, in step 114, processor(s) 50 determine(s) that ice has not formed at the determined location TL(I), then, in step 116, processor(s) 50 clears the signal from alert ALERT. If, however, in step 114, processor(s) 50 determine(s) that ice has formed at the determined location TL(I), then, in step 118, processor(s) 50 arms the ALERT warning sign. Method 100 proceeds from steps 116 and/or 118 to step 120, in which processor(s) 50 increment(s) the index I. Then method 100 returns to step 104 and repeats.
[0040] Em algumas modalidades, a saída de um sistema de detecção de acumulação de gelo pode determinar um tamanho de gotícula de água super-resfriada máximo com base em uma extensão medida de formação de gelo numa superfície externa da aeronave. O sistema de detecção de acumulação de gelo pode fornecer, como uma saída, um sinal indicativo do tamanho de gotícula de água super-resfriada máximo determinado. Este sinal de saída pode ser, então, utilizado por um sistema receptor para determinar se um sinal de alerta é gerado.[0040] In some embodiments, the output of an icing detection system may determine a maximum supercooled water droplet size based on a measured extent of icing on an external surface of the aircraft. The ice accumulation detection system may provide, as an output, a signal indicative of the determined maximum supercooled water droplet size. This output signal can then be used by a receiving system to determine whether an alert signal is generated.
[0041] Numa modalidade exemplar, uma distribuição de tamanho de gotícula de água super-resfriada de uma atmosfera externa a uma aeronave pode ser calculada. Localizações distintas numa superfície externa de uma aeronave podem ser suscetíveis a acumulação de gelo decorrente de gotículas de água super-resfriadas ultrapassando um tamanho predeterminado atingindo a localização distinta. Por exemplo, gelo pode se formar em cada localização distinta, apenas se a atmosfera externa à aeronave incluir gotículas de água super-resfriadas que ultrapassam o tamanho predeterminado correspondendo àquela localização distinta. Ao medir uma taxa de acumulação de gelo numa pluralidade de localizações ao longo de uma corda a partir do ponto de estagnação em direção a uma localização a ré, uma distribuição de tamanho de gotícula de água pode ser calculada.[0041] In an exemplary embodiment, a droplet size distribution of supercooled water from an atmosphere external to an aircraft can be calculated. Distinct locations on an external surface of an aircraft may be susceptible to ice accumulation due to supercooled water droplets exceeding a predetermined size reaching the distinct location. For example, ice can form at each distinct location only if the atmosphere outside the aircraft includes supercooled water droplets that exceed the predetermined size corresponding to that distinct location. By measuring an ice accumulation rate at a plurality of locations along a chord from the stagnation point toward an aft location, a water droplet size distribution can be calculated.
[0042] Por exemplo, gelo pode acumular numa localização de limite que separa uma região de acumulação de gelo de uma região livre de gelo devido a uma atmosfera que tem gotículas de água super-resfriadas até um tamanho máximo. Apenas as gotículas de água super-resfriadas que são do tamanho máximo podem causar acumulação de gelo na localização de limite. E, então, em localizações mais para frente da localização de limite, o gelo pode acumular devido às gotículas de água super-resfriadas que têm tamanhos que abrangem entre um limiar mais baixo e o tamanho máximo. Quando se viaja em direção ao ponto de estagnação, gelo acumula devido a uma abrangência de gotículas de água super-resfriadas que inclui tamanhos cada vez menores. Medindo a quantidade e/ou a taxa de acumulação de gelo, em cada um destes pontos, uma reconstrução de uma distribuição de tamanho de gotícula de água super-resfriada pode ser calculada[0042] For example, ice may accumulate at a boundary location that separates an ice accumulating region from an ice-free region due to an atmosphere that has water droplets supercooled to a maximum size. Only supercooled water droplets that are of maximum size can cause ice accumulation at the boundary location. And then at locations farther forward from the boundary location, ice can accumulate due to supercooled water droplets having sizes that range between a lower threshold and maximum size. As one travels towards the stagnation point, ice accumulates due to a range of super-cooled water droplets that include smaller and smaller sizes. By measuring the amount and/or rate of ice accumulation at each of these points, a reconstruction of a supercooled water droplet size distribution can be calculated.
[0043] Em algumas modalidades, um sistema de aquecimento é repetidamente usado para fundir, evaporar e/ou sublimar gelo acumulado na região de teste. Tal sistema de aquecimento pode facilitar os testes em condições nas quais a acumulação desacelera ou paralisa devido à melhoria das condições atmosféricas. Após fundir ou sublimar qualquer gelo acumulado da região de teste, o aquecedor pode ser desligado de modo que gelo possa novamente acumular se as condições permitirem tal acumulação. Numa modalidade exemplar, o aquecedor pode ser operado ciclicamente, de modo que cada ciclo tenha uma porção de aquecimento e porção de acumulação de gelo e porção de detecção de gelo. O aquecedor pode ser ativado durante a porção de aquecimento e desativado durante as porções de acumulação de gelo e detecção de gelo. Uma tal modalidade pode avaliar repetidamente a acumulação de gelo, de modo a fornecer dados atuais de congelamento para um usuário.[0043] In some embodiments, a heating system is repeatedly used to melt, evaporate and/or sublimate ice accumulated in the test region. Such a heating system can facilitate testing under conditions where accumulation slows down or stops due to improving atmospheric conditions. After melting or sublimating any ice accumulated from the test region, the heater can be turned off so that ice can again accumulate if conditions permit such accumulation. In an exemplary embodiment, the heater may be operated cyclically, such that each cycle has a heating portion and ice accumulation portion and ice detection portion. The heater can be activated during the heating portion and deactivated during the ice accumulation and ice detection portions. Such an embodiment can repeatedly assess ice accumulation so as to provide current icing data to a user.
[0044] Numa modalidade exemplar, uma região de teste de uma superfície externa de uma aeronave é monitorada quanto a acumulação de gelo. A região de teste pode estar localizada de forma que ela inclua uma localização sobre a qual gelo pode acumular apenas se gotículas de água super-resfriada de um tamanho que ultrapassa um limite de teste predeterminado estiverem presentes. Se gelo acumular em tal localização, então, um sinal de alerta pode ser gerado. Em algumas modalidades a região de teste apresentará uma forma convexa para a atmosfera. Em algumas modalidades, a superfície externa da aeronave será intencionalmente formada de modo a incluir localizações sobre as quais gelo pode acumular apenas se gotículas de água super-resfriada de um tamanho que ultrapassa um limite de teste predeterminado estiverem presentes. Por exemplo, uma bolha pode ser formada em uma janela lateral de uma cabine de pilotos. A bolha pode se projetar para fora da janela lateral, por exemplo, para apresentar uma forma convexa para a atmosfera externa.[0044] In an exemplary embodiment, a test region of an external surface of an aircraft is monitored for ice accumulation. The test region may be located such that it includes a location over which ice can accumulate only if supercooled water droplets of a size exceeding a predetermined test limit are present. If ice accumulates in such a location, then a warning signal can be generated. In some embodiments the test region will present a convex shape to the atmosphere. In some embodiments, the external surface of the aircraft will be intentionally shaped to include locations over which ice can accumulate only if supercooled water droplets of a size exceeding a predetermined test limit are present. For example, a bubble may form on a side window in a cockpit. The bubble can protrude outside the side window, for example, to present a convex shape to the outside atmosphere.
[0045] Em várias modalidades, várias superfícies externas de uma aeronave podem ser usadas como regiões de teste para acumulação de gelo. Por exemplo, em algumas modalidades, um girador de propulsor pode ser usado como uma região de teste de acumulação de gelo. Em algumas modalidades, uma borda de ataque de um guincho de resgate pode ser utilizada como uma região de teste de acumulação de gelo. Em algumas modalidades, um suporte pode ser usado como uma superfície de teste de acumulação de gelo, por exemplo.[0045] In various embodiments, various external surfaces of an aircraft can be used as test regions for ice accumulation. For example, in some embodiments, a propeller spinner can be used as an ice accumulation test region. In some embodiments, a leading edge of a rescue winch may be used as an ice accumulation test region. In some embodiments, a support can be used as an ice accumulation test surface, for example.
[0046] A FIG. 7 é uma vista esquemática de um sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada exemplar que é fixável a uma aeronave. Na FIG. 7, o sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada 62 está fixado à aeronave 64 fora da cabine de pilotos 66. O sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada 62 tem alojamento 68 que inclui uma superfície externa virada para frente convexa, de modo a expor a superfície externa virada para frente convexa a uma corrente de ar da aeronave 64, quando em voo. Quando assim exposto a uma atmosfera de corrente de ar que inclui gotículas de água super-resfriada, gelo pode acumular na superfície virada para frente convexa.[0046] FIG. 7 is a schematic view of an exemplary supercooled water droplet size measurement system that is attachable to an aircraft. In FIG. 7, the supercooled water droplet size measurement system 62 is attached to the aircraft 64 outside the cockpit 66. The supercooled water droplet size measurement system 62 has housing 68 that includes an outer surface convex forward facing, so as to expose the convex forward facing outer surface to a draft from the aircraft 64 when in flight. When thus exposed to a draft atmosphere that includes supercooled water droplets, ice may accumulate on the convex forward-facing surface.
[0047] Um sistema de controle pode estar localizado dentro do alojamento 68. O sistema de controle pode determinar localizações onde gelo acumula na superfície externa virada para frente convexa. Em algumas modalidades, o sistema de controle pode receber sinais de uma série de sensores pontuais localizados na superfície externa virada para frente convexa do alojamento 68. Em algumas modalidades, uma câmara pode estar localizada dentro do alojamento 68. Em algumas modalidades, um sistema à base de laser pode sondar uma superfície externa quanto a acumulação de gelo. O alojamento 68 pode incluir materiais transparentes e/ou translúcidos. Porções da superfície externa virada para frente convexa que tenham gelo acumulado nas mesmas podem imagear diferentemente de porções da superfície externa virada para frente convexa que estão livres de gelo, por exemplo.[0047] A control system may be located within housing 68. The control system may determine locations where ice accumulates on the convex forward facing outer surface. In some embodiments, the control system may receive signals from an array of point sensors located on the convex forward facing outer surface of housing 68. In some embodiments, a camera may be located within housing 68. In some embodiments, a remote control system laser base can probe an outside surface for ice buildup. Housing 68 may include transparent and/or translucent materials. Portions of the convex forward-facing surface that have ice accumulated on them may image differently from portions of the convex forward-facing surface that are free of ice, for example.
[0048] O sistema de controle pode determinar, com base numa extensão da porção de acumulação de gelo da superfície externa virada para frente convexa, um tamanho máximo de gotículas de água super-resfriada. Em algumas modalidades, o sistema de controle pode determinar, com base numa taxa de acumulação de gelo e/ou numa quantidade medida de acumulação de gelo, em múltiplas localizações da superfície externa virada para frente convexa, uma distribuição de gotícula de água super-resfriada na atmosfera. O sistema de controle pode, então, comunicar a informação calculada (por exemplo, tamanho máximo, distribuição ou gotículas de água super-resfriadas) para a aeronave e/ou o piloto, por exemplo. Numa modalidade exemplar, o sistema de controle pode gerar um alerta se o tamanho máximo de gotículas de água super-resfriadas for determinado ser maior que um limiar predeterminado.[0048] The control system can determine, based on an extension of the ice accumulation portion of the outer surface facing convex front, a maximum droplet size of supercooled water. In some embodiments, the control system can determine, based on a rate of ice buildup and/or a measured amount of ice buildup, at multiple locations on the outer convex forward facing surface, a supercooled water droplet distribution In the atmosphere. The control system can then communicate the calculated information (eg maximum size, distribution or supercooled water droplets) to the aircraft and/or pilot, for example. In an exemplary embodiment, the control system may generate an alert if the maximum supercooled water droplet size is determined to be greater than a predetermined threshold.
[0049] Em algumas modalidades, o alojamento é rigidamente fixado a uma aeronave, de tal maneira que o alojamento tenha uma orientação fixa com respeito à aeronave. Em tais modalidades, o ponto de estagnação pode ser uma função das condições de voo. Por exemplo, o ponto de estagnação pode mudar em função da velocidade do ar, ângulo de ataque, ângulo de glissada, etc. Quando o ponto de estagnação muda, a localização do limite que separa a porção de acumulação de gelo da região de teste da porção livre de gelo da região de teste também pode mudar. Se um alojamento for semi- hemisférico ou hemisférico em forma, várias condições de voo localizando o ponto de simetria da região de acumulação de gelo. Ao localizar o limite que separa a porção de acumulação de gelo da região de teste da porção livre de gelo da região de teste em lados opostos do ponto de estagnação, no entanto, podem ser determinadas as condições de voo, assim como os tamanhos de gotícula de água super-resfriada máximos. Por exemplo, ao testar lados laterais opostos ao ponto de estagnação, pode ser determinado um ângulo de glissada. E testando os lados verticais opostos ao ponto de estagnação, pode ser determinado um ângulo de ataque. Em ambos esses casos, um tamanho máximo de gotículas de água super-resfriada na atmosfera de nuvem pode ser determinado.[0049] In some embodiments, the housing is rigidly attached to an aircraft, such that the housing has a fixed orientation with respect to the aircraft. In such embodiments, the stagnation point may be a function of flight conditions. For example, the stall point can change as a function of airspeed, angle of attack, slip angle, etc. When the stagnation point changes, the location of the boundary separating the ice-accumulating portion of the test region from the ice-free portion of the test region may also change. Whether a lodge is semi-hemispherical or hemispherical in shape, various flight conditions locating the point of symmetry of the ice accumulation region. By locating the boundary separating the ice-accumulating portion of the test region from the ice-free portion of the test region on opposite sides of the stagnation point, however, flight conditions as well as droplet sizes can be determined. of supercooled water. For example, when testing lateral sides opposite the stagnation point, a slip angle can be determined. And by testing the vertical sides opposite the stagnation point, an angle of attack can be determined. In both these cases, a maximum supercooled water droplet size in the cloud atmosphere can be determined.
[0050] Em algumas modalidades, o alojamento é fixado a uma aeronave de uma maneira não rígida, de forma a permitir ao alojamento orientar uma borda de ataque do alojamento de modo que ela seja o ponto de estagnação sob várias condições de voo. Por exemplo, ao montar o alojamento usando um conjunto de telescópio em argola, a orientação da borda de ataque pode ser mudada em resposta à mudança das condições de voo. Em algumas modalidades, um tipo cata-vento de sistema de montagem pode facilitar uma orientação automática do alojamento em resposta a variações de condições de voo. Por exemplo, uma ou mais aletas podem ser acopladas a uma extremidade de fuga do alojamento.[0050] In some embodiments, the housing is attached to an aircraft in a non-rigid manner, in order to allow the housing to orient a leading edge of the housing so that it is the stagnation point under various flight conditions. For example, when mounting the housing using a loop telescope assembly, the leading edge orientation can be changed in response to changing flight conditions. In some embodiments, a weather vane type of mounting system can facilitate automatic orientation of the housing in response to changing flight conditions. For example, one or more fins can be attached to a trailing end of the housing.
[0051] Várias condições de voo podem causar variações em resfriamento local de superfícies externas da aeronave e do alojamento. Por exemplo, variações locais em velocidade do ar próximo a superfícies da aeronave podem causar variações de resfriamento locais. Condições de formação de gelo, portanto, podem variar localmente também. Por exemplo, condições de congelamento do alojamento podem não ser exatamente as mesmas que as condições de congelamento de uma localização de superfície de uma aeronave. Em algumas modalidades, um sistema de controle de temperatura pode controlar uma temperatura do alojamento, de modo a melhor alinhar condições de congelamento do alojamento com aquelas de várias localizações de superfície da aeronave às quais o alojamento está fixado. Em algumas modalidades, o sistema de controle de temperatura pode ser usado simplesmente para assegurar que a superfície externa da aeronave esteja fria o suficiente para causar congelamento de modo que um tamanho de gotícula máximo possa ser determinado. Por exemplo, um sistema de resfriamento pode ser configurado para resfriar ativamente a superfície externa convexa do alojamento.[0051] Various flight conditions can cause variations in local cooling of external surfaces of the aircraft and the accommodation. For example, local variations in airspeed near aircraft surfaces can cause local cooling variations. Icing conditions, therefore, may vary locally as well. For example, housing icing conditions may not be exactly the same as the icing conditions of an aircraft surface location. In some embodiments, a temperature control system can control a housing temperature so as to better align housing icing conditions with those of various aircraft surface locations to which the housing is attached. In some embodiments, the temperature control system can be used simply to ensure that the external surface of the aircraft is cool enough to cause freezing so that a maximum droplet size can be determined. For example, a cooling system can be configured to actively cool the convex outer surface of the housing.
[0052] Tais sistemas de controle de temperatura também podem ser usados para aquecer as regiões de teste de modo a sublimar, fundir e/ou evaporar gelo acumulado em tais regiões. Tais capacidades de controle de temperatura podem ser utilizadas para proporcionar ciclos de operação que incluem uma porção de aquecimento, uma porção de acumulação e uma porção de detecção. O aquecedor pode ser ativado durante a porção de aquecimento para remover qualquer gelo acumulado na região de teste. O aquecedor pode, então, ser desativado durante a porção de acumulação e durante as porções de detecção. Em algumas modalidades, a região de teste pode ser resfriada antes ou durante as porções de acumulação e/ou detecção. O detector de gelo pode, então, ser ativado durante a porção de detecção. Algumas modalidades podem incluir um sistema de alerta para gerar um alerta se o detector de gelo detectar gelo em localizações de testes indicativas de gotículas de água super-resfriada tendo tamanhos que ultrapassam um limiar determinado.[0052] Such temperature control systems can also be used to heat test regions in order to sublimate, melt and/or evaporate ice accumulated in such regions. Such temperature control capabilities can be used to provide cycles of operation that include a heating portion, an accumulation portion, and a sensing portion. The heater can be activated during the heating portion to remove any ice that has accumulated in the test region. The heater can then be turned off during the accumulation portion and during the detection portions. In some embodiments, the testing region can be cooled before or during the accumulation and/or detection portions. The ice detector can then be activated during the detection portion. Some embodiments may include an alert system for generating an alert if the ice detector detects ice at test locations indicative of supercooled water droplets having sizes that exceed a certain threshold.
[0053] A FIG. 8 é um gráfico representando uma abrangência de tamanho de gotículas de água vs localização ao longo de uma corda de um alojamento de forma convexa. Na FIG. 8, o gráfico 200 tem eixo horizontal 202 e eixo vertical 204. O eixo horizontal 202 representa a localização ao longo de uma corda de uma superfície externa convexa exposta a uma atmosfera contendo gotículas de água super-resfriadas. O eixo vertical 204 representa um tamanho das gotículas de água super-resfriada. O gráfico 200 inclui relação tamanho de gotícula/localização 206 correspondendo a um tamanho de gotículas super-resfriadas que pode atingir a superfície externa convexa na localização indicada. Por exemplo, em uma dada localização ao longo do alojamento de forma convexa (por exemplo, traçar uma linha vertical de qualquer localização no eixo x), a superfície externa do alojamento em forma convexa será impingida por gotículas ultrapassando algum tamanho mínimo até a gotícula de tamanho máximo contida na atmosfera de nuvem. A linha 212 identifica a relação correspondente ao tamanho mínimo predeterminado de gotículas de água super-resfriada que contribui para acumulação de gelo vs localização ao longo da corda do alojamento de forma convexa. Gotículas menores que o tamanho mínimo seguirão os vetores de fluxo de ar e não impingirão no alojamento de forma convexa, exceto em localizações próximas ao ponto de estagnação. A linha tracejada 214 identifica o tamanho máximo de gotículas de água super-resfriada contidas na atmosfera de nuvem.[0053] FIG. 8 is a graph depicting a range of water droplet size vs location along a string of a convex housing. In FIG. 8, graph 200 has horizontal axis 202 and vertical axis 204. Horizontal axis 202 represents the location along a chord of a convex outer surface exposed to an atmosphere containing supercooled water droplets. The vertical axis 204 represents a supercooled water droplet size. Graph 200 includes droplet size/location ratio 206 corresponding to a supercooled droplet size that can reach the outer convex surface at the indicated location. For example, at a given location along the convex-shaped housing (for example, drawing a vertical line from any location on the x-axis), the outer surface of the convex-shaped housing will be impinged by droplets exceeding some minimum size until the droplet of maximum size contained in the cloud atmosphere. Line 212 identifies the ratio corresponding to the predetermined minimum supercooled water droplet size contributing to ice accumulation vs. location along the string of the convex housing. Droplets smaller than the minimum size will follow the airflow vectors and will not impinge on the housing convexly, except in locations close to the stagnation point. Dashed line 214 identifies the maximum size of supercooled water droplets contained in the cloud atmosphere.
[0054] Para um dado tamanho de uma gotícula de água super- resfriada (por exemplo, traçar uma linha horizontal de qualquer localização no eixo y), a superfície externa do alojamento de forma convexa será impingida para o ponto de estagnação até uma localização de impacto máximo correspondente ao tamanho dado de gotícula de água super-resfriada. O ponto 208 da relação 206 corresponde à localização de limite separando uma porção de acumulação de gelo e uma porção livre de gelo da superfície externa convexa para a atmosfera de nuvem tendo o tamanho máximo de gotícula de água super-resfriada correspondente à linha tracejada 214. Nem todos os tamanhos de partículas, no entanto, contribuem para acumulação de gelo em cada localização dentro da porção de acumulação de gelo da superfície externa convexa. No ponto 208, a relação 206 indica que apenas gotículas de água super-resfriada iguais ao tamanho máximo (ou maiores, se a atmosfera de nuvem tivesse partículas de tamanho maior) acumulam na localização de limite. A região para a direita do ponto 208 no gráfico 200 corresponde à porção livre de gelo da superfície externa convexa e pontos para a esquerda do ponto 208 correspondem à porção de acumulação de gelo da superfície externa convexa.[0054] For a given size of supercooled water droplet (for example, draw a horizontal line from any location on the y-axis), the outer surface of the convex-shaped housing will impinge towards the stagnation point to a location of maximum impact corresponding to the given supercooled water droplet size. Point 208 of relationship 206 corresponds to the boundary location separating an ice-accumulating portion and an ice-free portion of the outer surface convex to the cloud atmosphere having the maximum supercooled water droplet size corresponding to dashed line 214. Not all particle sizes, however, contribute to ice accumulation at every location within the ice accumulation portion of the convex outer surface. At point 208, relation 206 indicates that only supercooled water droplets equal to the maximum size (or larger if the cloud atmosphere had larger size particles) accumulate at the boundary location. The region to the right of point 208 on the graph 200 corresponds to the ice-free portion of the outer convex surface, and points to the left of point 208 correspond to the ice-accumulating portion of the outer convex surface.
[0055] A linha vertical 210 da relação 206 corresponde ao ponto de estagnação da superfície externa convexa. No ponto de estagnação correspondente à linha vertical 210, gotículas de água super-resfriada de todos os tamanhos dentro da atmosfera contribuem para a acumulação de gelo. Entre o ponto 208 e linha vertical 210, gotículas de água super-resfriada que têm um tamanho maior que um mínimo predeterminado contribuirão para acumulação de gelo. Gotículas de água super-resfriada menores que o tamanho mínimo predeterminado seguirão as linhas de vetor de fluxo e não impingirão na superfície externa convexa e, portanto, não contribuirão para a acumulação de gelo. A linha 212 identifica a relação correspondente ao tamanho mínimo predeterminado de gotículas de água super-resfriada que contribui para acumulação de gelo vs localização ao longo da corda do alojamento de forma convexa.[0055] The vertical line 210 of the ratio 206 corresponds to the stagnation point of the convex outer surface. At the stagnation point corresponding to vertical line 210, supercooled water droplets of all sizes within the atmosphere contribute to ice accumulation. Between point 208 and vertical line 210, supercooled water droplets having a size greater than a predetermined minimum will contribute to ice accumulation. Supercooled water droplets smaller than the predetermined minimum size will follow the flow vector lines and will not impinge on the outer convex surface and therefore will not contribute to ice accumulation. Line 212 identifies the ratio corresponding to the predetermined minimum supercooled water droplet size contributing to ice accumulation vs. location along the string of the convex housing.
[0056] São encontradas, a seguir, descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.[0056] Non-exclusive descriptions of possible embodiments of the present invention are found below.
[0057] Um sistema de medição de tamanho de gotícula de água super- resfriada inclui um alojamento tendo uma superfície externa convexa. O alojamento é configurado para ser montado numa aeronave, de modo a expor a superfície externa convexa a uma corrente de ar da aeronave em voo. O sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada inclui um detector de gelo configurado para detectar acumulação de gelo numa pluralidade de locais de teste dentro de uma região de teste de uma superfície externa convexa. Gelo acumula, em condições favoráveis, em pelo menos uma porção de acumulação de gelo da região de teste. O sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada inclui também um localizador de limite configurado para determinar uma específica da pluralidade de localizações de teste dentro da região de teste da superfície externa convexa. A localidade específica determinada da pluralidade de localizações de teste corresponde a um limite que separa a porção de acumulação de gelo da região de teste e uma porção livre de gelo da região de teste em condições que incluem a atmosfera tendo gotículas de água super-resfriadas até um tamanho máximo predeterminado.[0057] A supercooled water droplet size measurement system includes a housing having a convex outer surface. The housing is configured to be mounted on an aircraft so as to expose the convex outer surface to an air stream from the aircraft in flight. The supercooled water droplet size measurement system includes an ice detector configured to detect ice accumulation at a plurality of test locations within a test region of a convex outer surface. Ice accumulates, under favorable conditions, in at least an ice accumulation portion of the test region. The supercooled water droplet size measurement system also includes a boundary locator configured to determine a specific one of the plurality of test locations within the convex outer surface test region. The determined specific locality of the plurality of test locations corresponds to a boundary separating the ice accumulating portion of the test region and an ice-free portion of the test region under conditions including the atmosphere having water droplets supercooled to a predetermined maximum size.
[0058] O sistema de medição de tamanho de gotícula de água super- resfriada do parágrafo anterior pode, opcionalmente, incluir, adicional e/ou alternativamente, qualquer uma ou mais das seguintes características, configurações e/ou componentes adicionais: um sistema de alerta; um mecanismo de montagem com argola; uma ou mais aletas; um sistema de resfriamento; um calculador de tamanho de gotícula; um calculador de distribuição de tamanho de gotícula; e um aquecedor. O sistema de alerta pode ser configurado para gerar, em resposta à detecção pelo detector de gelo de acumulação de gelo na específica determinada uma da pluralidade de localizações de teste, um alerta. O mecanismo de montagem em argola pode facilitar a orientação do alojamento de modo que uma borda de ataque do alojamento possa ser dirigida em direção à corrente de ar. As uma ou mais aletas podem ser acopladas a uma extremidade de popa do alojamento. O sistema de resfriamento pode ser configurado para resfriar ativamente a superfície externa convexa do alojamento. O calculador de tamanho de gotícula pode ser configurado para calcular uma pluralidade de tamanhos de gotículas de água, cada um correspondendo a uma da pluralidade de localizações de teste da região de teste. Cada um dos tamanhos de gotículas de água calculados pode corresponder a um tamanho de gotícula abaixo do qual gotículas de água não fazem gelo acumular na localização de teste correspondente. O calculador de distribuição de tamanho de gotícula pode ser configurado para calcular, com base na taxa de acumulação de gelo detectada na pluralidade de localizações de teste, uma distribuição de tamanho de gotícula de água super-resfriada. O aquecedor pode ser configurado para aquecer a região de teste de modo a fundir, evaporar e/ou sublimar qualquer gelo acumulado na mesma.[0058] The supercooled water droplet size measurement system of the previous paragraph may optionally include, additionally and/or alternatively, any one or more of the following additional features, configurations and/or components: an alert system ; a ring mounting mechanism; one or more fins; a cooling system; a droplet size calculator; a droplet size distribution calculator; and a heater. The alert system may be configured to generate, in response to the ice detector's detection of ice accumulation at the specific determined one of the plurality of test locations, an alert. The ring-mount mechanism can facilitate orienting the housing so that a leading edge of the housing can be directed toward the air stream. The one or more fins can be attached to a stern end of the housing. The cooling system can be configured to actively cool the convex outer surface of the housing. The droplet size calculator can be configured to calculate a plurality of water droplet sizes, each corresponding to one of the plurality of test locations of the test region. Each of the calculated water droplet sizes can correspond to a droplet size below which water droplets do not cause ice to accumulate at the corresponding test location. The droplet size distribution calculator can be configured to calculate, based on the rate of ice accumulation detected at the plurality of test locations, a supercooled water droplet size distribution. The heater can be configured to heat the test region in order to melt, evaporate and/or sublimate any ice accumulated therein.
[0059] Uma modalidade adicional do sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada anterior, em que o detector de gelo pode incluir uma câmera configurada para montar externa ao alojamento e configurada para obter imagens da região de teste. Uma modalidade adicional de qualquer dos sistemas de medição de tamanho de gotícula de água super- resfriada anteriores, em que o alojamento pode incluir uma casca transparente ou translúcida. O detector de gelo pode incluir uma câmara montada interna ao alojamento e configurada para obter imagens, através da casca transparente ou translúcida, da região de teste. Uma modalidade adicional do sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada anterior, em que o sistema de alerta pode ser configurado para proporcionar ciclos de operação que incluem uma porção de aquecimento, uma porção de acumulação e uma porção de detecção de cada um dos ciclos fornecidos. O aquecedor pode ser ativado durante a porção de aquecimento e o aquecedor pode ser desativado durante as porções de acumulação e detecção. O detector de gelo pode, então, ser ativado durante a porção de detecção. Uma modalidade adicional do sistema de medição de tamanho de gotícula de água super-resfriada anterior, em que a superfície externa convexa pode ser semiesférica. O sistema de medição de gotícula de água super-resfriada pode ainda incluir um calculador de ângulo de ataque configurado para calcular um ângulo de ataque e/ou ângulo de glissada com base numa extensão vertical e/ou horizontal de acumulação de gelo em lados opostos de uma linha de centro da superfície externa convexa do alojamento.[0059] An additional embodiment of the above supercooled water droplet size measurement system, in which the ice detector can include a camera configured to mount external to the housing and configured to obtain images of the test region. An additional embodiment of any of the foregoing supercooled water droplet size measurement systems, wherein the housing may include a clear or translucent shell. The ice detector may include a camera mounted internal to the housing and configured to image, through the transparent or translucent shell, the test region. A further embodiment of the foregoing supercooled water droplet size measurement system, wherein the warning system can be configured to provide cycles of operation that include a heating portion, an accumulation portion, and a detection portion of each one of the provided cycles. The heater can be turned on during the heating portion and the heater can be turned off during the accumulation and detection portions. The ice detector can then be activated during the detection portion. A further embodiment of the foregoing supercooled water droplet size measurement system, wherein the convex outer surface may be hemispherical. The supercooled water droplet measurement system may further include an angle of attack calculator configured to calculate an angle of attack and/or slip angle based on a vertical and/or horizontal extent of ice accumulation on opposite sides of a a centerline of the convex outer surface of the housing.
[0060] Um método para gerar um alerta em resposta a atmosfera exterior a uma aeronave tendo gotículas de água super-resfriada ultrapassando um tamanho predeterminado inclui expor um alojamento a uma corrente de ar de uma aeronave, o alojamento tendo uma superfície externa convexa. O método inclui determinar uma localização de teste dentro da região de teste da superfície externa convexa. A localização de teste corresponde a um limite calculado que separa a porção de acumulação de gelo da região de teste e da porção livre de gelo da região de teste em condições que incluem uma atmosfera tendo gotículas de água super-resfriadas ultrapassando o tamanho predeterminado. O método inclui monitorar a localização de teste determinada dentro da região de teste para detectar se gelo acumula na localização de teste monitorada. O método inclui gerar um sinal de alerta em resposta à acumulação de gelo sendo detectada na localização de teste monitorada dentro da região de teste.[0060] A method of generating an alert in response to the atmosphere outside an aircraft having supercooled water droplets exceeding a predetermined size includes exposing a housing to an air current from an aircraft, the housing having a convex outer surface. The method includes determining a test location within the convex outer surface test region. The test location corresponds to a calculated boundary separating the ice-accumulating portion of the test region and the ice-free portion of the test region under conditions that include an atmosphere having supercooled water droplets exceeding the predetermined size. The method includes monitoring the determined test location within the test region to detect whether ice accumulates at the monitored test location. The method includes generating an alert signal in response to ice buildup being detected at the monitored test location within the test region.
[0061] O método do parágrafo anterior pode incluir, opcionalmente, além disso e/ou alternativamente, qualquer um ou mais dos seguintes recursos, configurações e/ou componentes adicionais:calcular uma pluralidade de tamanhos de gotícula de água; e calcular uma taxa de acumulação numa pluralidade de localizações de teste. Cada um da pluralidade de tamanhos de gotículas de água pode corresponder a uma de uma pluralidade de localizações de teste da região de teste. Cada um dos tamanhos de gotículas de água calculados pode corresponder a um tamanho de gotícula abaixo do qual gotículas de água não contribuem para acumulação de gelo na localização de teste correspondente. O cálculo da distribuição de tamanho de gotícula de água super-resfriada pode ser baseado numa taxa de acumulação de gelo detectada na pluralidade de localizações de teste, uma distribuição de tamanho de gotícula de água super-resfriada.[0061] The method of the previous paragraph may optionally include, in addition and/or alternatively, any one or more of the following features, configurations and/or additional components: calculate a plurality of water droplet sizes; and calculating an accumulation rate at a plurality of test locations. Each of the plurality of water droplet sizes may correspond to one of a plurality of test locations of the test region. Each of the calculated water droplet sizes can correspond to a droplet size below which water droplets do not contribute to ice accumulation at the corresponding test location. The calculation of the supercooled water droplet size distribution can be based on a rate of ice accumulation detected at the plurality of test locations, a supercooled water droplet size distribution.
[0062] Uma modalidade adicional de qualquer dos métodos anteriores, em que a determinação da localização de teste dentro da região de teste inclui calcular condições de voo com base em acumulação de gelo sendo detectada em lados opostos de um ponto de estagnação. Uma modalidade adicional de quaisquer dos métodos anteriores, em que a determinação da localização de teste dentro da região de teste inclui calcular a localização de teste usando dinâmica de fluidos computacional. Uma modalidade adicional do método anterior, em que a determinação da localização de teste dentro da região de teste inclui calcular uma localização de teste com base em pelo menos um de: velocidade do ar; ângulo de ataque; ângulo de glissada; e temperatura do ar total. Uma modalidade adicional do método anterior, em que o monitoramento da localização de teste determinada inclui imagear a região de teste usando uma câmera. Uma modalidade adicional do método anterior, em que o monitoramento da localização de teste determinada ainda inclui processar um pixel de teste de uma imagem obtida pela câmera, o pixel de teste imageando a localização de teste determinada.[0062] An additional embodiment of any of the foregoing methods, wherein determining the test location within the test region includes calculating flight conditions based on ice accumulation being detected on opposite sides of a stagnation point. An additional embodiment of any of the foregoing methods in determining the test location within the test region includes calculating the test location using computational fluid dynamics. An additional embodiment of the above method, wherein determining the test location within the test region includes calculating a test location based on at least one of: air velocity; angle of attack; slip angle; and total air temperature. An additional embodiment of the above method, in which the monitoring of the determined test location includes imaging the test region using a camera. A further embodiment of the above method, wherein monitoring the determined test location further includes processing a test pixel from an image taken by the camera, the test pixel imaging the determined test location.
[0063] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade (ou modalidades) exemplificadora, será entendido pelos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser usados no lugar de elementos da mesma sem que se afaste do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem que se afaste do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade (ou modalidades) particular revelada, mas que a invenção inclua todas as modalidades que estão dentro do escopo das reivindicações anexas.[0063] Although the invention has been described with reference to an exemplary embodiment (or embodiments), it will be understood by those skilled in the art that various changes can be made and equivalents can be used in place of elements thereof without departing from the scope of the invention. Furthermore, many modifications can be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the particular embodiment (or embodiments) disclosed, but that the invention include all embodiments that are within the scope of the appended claims.
Claims (16)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/195833 | 2016-06-28 | ||
| US15/195,833 US10625869B2 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Automated super-cooled water-droplet size differentiation using aircraft accretion patterns |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR102017011192A2 BR102017011192A2 (en) | 2018-01-16 |
| BR102017011192B1 true BR102017011192B1 (en) | 2023-07-04 |
Family
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