BR102021000864A2

BR102021000864A2 - Sistema de detecção de gelo para uma superfície de aeronave, e, método para operar um sistema de detecção de gelo

Info

Publication number: BR102021000864A2
Application number: BR102021000864-4A
Authority: BR
Inventors: Karthik DEBBADI; El Hassan Ridouane; Rohan Chabukswar; Alex Zadell; Sugumaran Selvaraj; Galdemir Botura; Giancarlo GELAO
Original assignee: Goodrich Corporation
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2021-08-10
Also published as: US20210229818A1; EP3854691A1; JP2021116060A; CA3106190A1

Abstract

sistema de detecção de gelo para uma superfície de aeronave, e, método para operar um sistema de detecção de gelo. um sistema de detecção de gelo para uma superfície de aeronave compreendendo um conjunto de sensor (10) compreendendo uma pluralidade de elementos sensíveis à temperatura configurados para serem dispostos em pontos respectivos na superfície de aeronave, uma unidade de controle (20) disposta para receber sinais indicativos de uma temperatura detectada por cada um dos elementos sensíveis à temperatura, um barramento de condução de sinal (50) para transmitir os sinais dos elementos sensíveis à temperatura para a unidade de controle e meios para fornecer energia ao conjunto de sensor, em que o conjunto de sensor compreende ainda um multiplexador (40) disposto para multiplexar os sinais da pluralidade de elementos sensíveis à temperatura para um único sinal para transmissão no barramento de condução de sinal para a unidade de controle.

Description

SISTEMA DE DETECÇÃO DE GELO PARA UMA SUPERFÍCIE DE AERONAVE, E, MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE DETECÇÃO DE GELO

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente divulgação se refere a sistemas e métodos para detectar temperaturas em quaisquer superfícies de aeronaves, por exemplo, mas não se limitando a, asas, flapes, aerofólios auxiliares, pás de rotores, etc., para detectar as condições nas quais gelo se formou ou provavelmente se formará.

FUNDAMENTOS

[002] Formação de gelo em superfícies de aeronaves pode causar danos às superfícies e pode mesmo ter um efeito adverso em operação de aeronave durante voo, o que pode ter consequências catastróficas. A formação de gelo em motores de aeronaves, em superfícies de aerofólio ou hélices ou pás de rotor pode ser particularmente perigosa. A formação de gelo aumenta o peso da aeronave e cria desequilíbrios, pode bloquear ou mudar os caminhos de entrada de ar e/ou impedir movimento de peças móveis. Formação de gelo, portanto, precisa ser detectada de forma confiável e rápida.

[003] A maioria das aeronaves comerciais é equipada com aquecedores ou outros sistemas de degelo para remover ou reduzir formação de gelo durante voo. Além disso, ou alternativamente, um alarme pode ser ativado se a formação de gelo for determinada. Além disso, aeronaves são descongeladas antes da decolagem em condições onde gelo pode ter se formado em superfícies da aeronave. Em detecção de formação de gelo, medições de temperatura são tomadas ou sinais indicativos de temperatura ou mudança de temperatura são gerados e degelo é realizado se temperaturas abaixo de um dado limiar forem determinadas.

[004] Sistemas convencionais de detecção de gelo compreendem uma matriz de sensores de temperatura dispostos na ou em conexão com a superfície a ser monitorada. Os sensores são cada um conectados por respectivos fios a uma unidade de controle. Cada sensor envia um sinal indicativo de uma temperatura no local do sensor para a unidade de controle ao longo do(s) fio(s). O sinal pode ser, por exemplo, um sinal elétrico, tal como voltagem ou corrente. Os sinais são, então, processados na unidade de controle para fornecer indicações de formação de gelo ou formação de gelo iminente, para disparar um alarme e/ou degelo/aquecimento. Os sensores de temperatura são elementos sensíveis à temperatura, dos quais vários tipos são conhecidos na técnica. O número de fios entre a matriz de sensores e a unidade de controle depende do número de elementos sensíveis à temperatura. Um sensor comumente usado é um RTD de três fios e, em tais arranjos, cada elemento sensor é conectado à unidade de controle via três fios. Linhas de energia também são fornecidas para o conjunto de sensor. Tais sistemas, portanto, envolvem um grande número de fios de e para os sensores, o que aumenta três vezes para cada sensor adicional.

[005] O uso de um grande número de fios aumenta o peso e a complexidade do sistema e fornece um alto número de pontos de falha em potencial. Cada fio adicional torna o sistema menos confiável mecanicamente.

[006] A presente divulgação fornece um sistema e método para detecção de gelo usando menos fios do que os sistemas convencionais.

SUMÁRIO

[007] Por conseguinte, é fornecido um sistema de detecção de gelo para uma superfície de aeronave compreendendo um conjunto de sensor compreendendo uma pluralidade de elementos sensíveis à temperatura configurados para serem dispostos em pontos respectivos na superfície de aeronave, uma unidade de controle disposta para receber sinais indicativos de uma temperatura detectada por cada um dos elementos sensíveis à temperatura, um barramento de condução de sinal para transmitir os sinais dos elementos sensíveis à temperatura para a unidade de controle e meios para fornecer energia ao conjunto de sensor, em que o conjunto de sensor compreende ainda um multiplexador disposto para multiplexar os sinais da pluralidade de elementos sensíveis à temperatura para um único sinal para transmissão no barramento de condução de sinal para a unidade de controle.

[008] Diferentes tipos de multiplexação podem ser usados como é conhecido na técnica.

[009] Os elementos sensíveis à temperatura podem ser qualquer sensor de temperatura conhecido, por exemplo, um detector de temperatura resistivo (RTD), por exemplo, um RTD de três fios.

[0010] Em um exemplo, os meios para fornecer energia ao conjunto de sensor fornecem energia ao multiplexador via um regulador de voltagem escalonado, por exemplo, um regulador de voltagem Zener, um regulador de voltagem linear, um regulador de voltagem de comutação de energia, etc. Outras fontes de energia também podem ser usadas.

[0011] A unidade de controle preferencialmente avalia os sinais, por exemplo, comparando os sinais a um limiar e controla um aquecedor e/ou um dispositivo de degelo e/ou um alarme dependendo do resultado da comparação. Os sinais podem ser avaliados de outras maneiras, por exemplo, mas não se limitando a, usando algoritmos de detecção e/ou discriminação para identificar diferentes condições de aplicação de gelo. Novamente, dependendo da avaliação, estimativa ou determinação de uma condição particular, a ação pode ser disparada, por exemplo, ativando um aquecedor, degelador, alarme, etc.

[0012] Também é fornecido um método para operar um sistema de detecção de gelo compreendendo detectar temperaturas em uma pluralidade de localizações na superfície de uma aeronave, combinar as temperaturas detectadas em um único sinal multiplexado para transmissão para uma unidade de controle, comparar as temperaturas com um limiar, identificar temperaturas indicativas de formação de gelo com base na comparação e identificar a localização na qual tais temperaturas foram detectadas.

[0013] O método pode, então, ser usado para operar um aquecedor ou dispositivo de degelo na(s) localização(ões) identificada(s).

[0014] Modalidades preferidas da invenção serão agora descritas a título de exemplo apenas, com referência aos desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] Fig. 1 é uma vista esquemática de um sistema de detecção de gelo como conhecido na técnica anterior.

[0016] Fig. 1A é uma vista mais detalhada de um sistema de detecção de gelo conhecido.

[0017] Fig. 2 é uma vista esquemática de um sistema de detecção de gelo de acordo com esta divulgação.

[0018] Fig. 2A é uma vista mais detalhada de um sistema de detecção de gelo de acordo com esta divulgação.

[0019] Fig. 2B é uma vista mais detalhada de um sistema de detecção de gelo alternativo de acordo com esta divulgação.

[0020] Fig. 3 é um diagrama de circuito de um regulador de voltagem que pode ser usado em um sistema de acordo com a divulgação.

[0021] Fig. 4 é um diagrama de blocos para o condicionamento de sinal de um sinal de temperatura adquirido.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0022] Um conhecido sistema de detecção de gelo será brevemente descrito com referência à Fig. 1 e à Fig. 1A. O sistema compreende um conjunto de sensor 1 conectado a uma unidade de controle 2. O conjunto de sensor compreende uma pluralidade de elementos sensíveis à temperatura 6 para serem colocados em várias localizações em uma superfície de aeronave, por exemplo, aerofólio, pá, motor, etc. (não mostrado) para medir temperatura em ou perto de tais localizações. Energia é fornecida ao conjunto de sensor via um barramento de energia 3 e pode ser fornecida de ou via a unidade de controle 2. Alternativamente, o conjunto de sensor pode ser alimentado por uma fonte diferente.

[0023] Cada um dos elementos de detecção de temperatura 6 emite um sinal indicativo da temperatura detectada por esse elemento de detecção. Cada sinal é transmitido via um ou mais fios 5 para a unidade de controle. No exemplo mostrado, os sensores são detectores de temperatura resistivos (RTDs), cuja resistência aumenta quando a temperatura aumenta. Em um exemplo, os chamados RTDs de três fios são usados para minimizar os efeitos da resistência do condutor. Assim, três fios de sinal são fornecidos para cada elemento sensível à temperatura. Claro, outros sensores de temperatura poderiam ser usados.

[0024] A unidade de controle avalia, usando múltiplos condicionadores de sinal 7, as temperaturas detectadas, por exemplo, por comparação com um limiar predeterminado e/ou executando um algoritmo de detecção e discriminação, para determinar uma condição de congelamento ou uma condição indicativa de formação de gelo iminente ou provável. O resultado da avaliação pode ser usado para ativar um aquecedor (não mostrado) e/ou outros dispositivos de degelo (não mostrados) e/ou para disparar um alarme (não mostrado).

[0025] Com referência agora à Fig. 2, o sistema da presente divulgação resolve problemas de sistemas, tal como mostrado na Fig. 1, evitando a necessidade de um grande número de fios 5 do conjunto de sensor para a unidade de controle, resultando assim em um sistema mais confiável.

[0026] Como com sistemas convencionais, o sistema da divulgação inclui um conjunto de sensor 10 compreendendo uma pluralidade de elementos sensíveis à temperatura (não mostrados) e uma unidade de controle 20. A energia é fornecida ao conjunto de sensor 10 via um barramento de energia 30.

[0027] O conjunto de sensor 10 é fornecido com um multiplexador 40 que recebe os sinais de saída de cada um dos elementos sensíveis à temperatura e os multiplexa todos para um único sinal de saída para transmissão de um único barramento 50 para a unidade de controle 20. Como com os arranjos conhecidos, muitos tipos de sensores de temperatura poderiam ser usados. Em um exemplo, são usados RTDs de três fios. Sinais de entrada (sinais de demux) são fornecidos ao multiplexador para serem transmitidos com os sinais de temperatura no barramento 50 para identificar qual medição de temperatura é de qual elemento sensível à temperatura. Em um exemplo, o multiplexador pode ser um dispositivo de chip único.

[0028] Figs. 2A e 2B mostram, em mais detalhes, possíveis modalidades de um sistema, tal como descrito acima em relação à Fig. 2. Nos exemplos mostrados, a unidade de controle 10 é fornecida em uma placa controladora 100 e inclui um processador - aqui, um processador de sinal digital, DSP 200, um conversor analógico para digital, ADC 300 e circuito de condicionamento de sinal 400.

[0029] Conforme descrito acima, o conjunto de sensor 10 inclui um multiplexador 40 e uma pluralidade de sensores. Os sensores podem ter arranjos diferentes. Em um exemplo, mostrado na Fig. 2A, os sensores podem ser RTDs 500 de três fios conectados ao multiplexador 40, de modo que ambas as extremidades do RTD sejam conectadas através do multiplexador à placa controladora. No arranjo da Fig. 2B, os RTDs 500', são conectados através do multiplexador à placa controladora via um sistema de três fios.

[0030] Em uma modalidade preferida, a energia transmitida para o conjunto de sensor 10 no barramento 30 também pode ser usada para alimentar o multiplexador. No exemplo mostrado, um regulador escalonador 60 reduz a energia a um nível apropriado para alimentar o multiplexador. O regulador escalonador pode, por exemplo, ser um regulador de voltagem Zener, como mostrado na Fig. 3. Claro, outras fontes de alimentação e/ou reguladores podem ser usados para fornecer uma fonte de energia apropriada para o multiplexador 40.

[0031] Com referência agora à Fig. 4, os sinais de temperatura podem ser condicionados como a seguir.

[0032] Uma fonte de corrente 600 gera um sinal de corrente, por exemplo, 1mA a 10mA, e o alimenta para o elemento de detecção - aqui, RTD 500, para gerar um sinal de voltagem em correlação com a temperatura detectada pelo RTD. Esse é, então, enviado para a unidade de controle (via multiplexador 40) para o condicionador de sinal. O condicionador de sinal inclui compensação de erro 700 e anti-intridução de erro e cancelamento de ruído 800. Após condicionamento, o sinal é passado para o ADC 300.

[0033] O bloco de compensação de erro 700 compensa o erro na medição devido à resistência do fio/cabo do RTD.

[0034] O filtro anti-intridução de erro e o bloco de cancelamento de ruído 800 eliminarão os harmônicos de ordem superior para manter a integridade de sinal necessária para a aplicação.

[0035] O sistema desta divulgação reduz consideravelmente a quantidade de fiação em um sistema de detecção de gelo, reduzindo assim a taxa de falha mecânica do sistema. Além disso, a unidade de controle só precisa processar dados de um único barramento de entrada, o que reduz os componentes necessários para condicionamento e aquisição de sinal.

[0036] As modalidades descritas são apenas a título de exemplo. O escopo desta divulgação é limitado apenas pelas reivindicações.

Claims

Sistema de detecção de gelo para uma superfície de aeronave, caracterizado pelo fato de que compreende um conjunto de sensor (10) compreendendo uma pluralidade de elementos sensíveis à temperatura (500) configurados para serem dispostos em pontos respectivos na superfície de aeronave, uma unidade de controle (20) disposta para receber sinais indicativos de uma temperatura detectada por cada um dos elementos sensíveis à temperatura, um barramento de condução de sinal (50) para transmitir os sinais dos elementos sensíveis à temperatura para a unidade de controle e meios para fornecer energia ao conjunto de sensor, em que o conjunto de sensor compreende ainda um multiplexador (40) disposto para multiplexar os sinais da pluralidade de elementos sensíveis à temperatura para um único sinal para transmissão no barramento de condução de sinal para a unidade de controle.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos sensíveis à temperatura são detectores de temperatura resistivos.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os elementos sensíveis à temperatura são detectores de temperatura resistivos de três fios.
Sistema de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que os sinais são sinais de voltagem.
Sistema de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os sinais são sinais de corrente.
Sistema de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que os meios para fornecer energia ao conjunto de sensor fornecem energia ao multiplexador via um regulador escalonador (60).
Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o regulador escalonador é um regulador de voltagem Zener, um regulador de voltagem linear ou um regulador de voltagem de comutação de energia.
Sistema de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que os sinais recebidos são avaliados para controlar um dispositivo de aquecimento.
Sistema de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que os sinais recebidos são avaliados para controlar um dispositivo de degelo.
Sistema de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que um alarme é disparado com base nos sinais.
Sistema de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que os sinais são avaliados por meio de uma comparação com um limiar predeterminado.
Sistema de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que os sinais são avaliados por meio de um algoritmo de detecção e discriminação.
Método para operar um sistema de detecção de gelo, caracterizado pelo fato de que compreende detectar temperaturas em uma pluralidade de localizações em uma superfície de aeronave, combinar as temperaturas detectadas em um único sinal multiplexado para transmissão para uma unidade de controle, avaliar as temperaturas na unidade de controle, identificar temperaturas indicativas de formação de gelo com base na comparação e identificar a localização na qual tais temperaturas foram detectadas.
Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda operar um aquecedor ou dispositivo de degelo na(s) localização(ões) identificada(s) com base nas temperaturas detectadas.
Método de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda disparar um alarme com base nas temperaturas identificadas.