CN106605446A - 用于载具窗户的受控加热的设备和方法 - Google Patents

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斯特凡·蒙菲特
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Abstract

本发明公开了一种用于控制供应给载具上的窗户的加热装置的功率的方法、系统和控制器，包括：接收指示与所述载具的操作相关联的至少一个参数的信息；至少部分基于指示所述至少一个参数的所述信息和所存储的控制逻辑而生成功率信号，所述功率信号指示将供应给所述加热装置的功率的功率调制水平；以及将所述功率信号传输至功率调节器，使得功率依据所述功率调制水平来供应给所述加热装置。

Description

用于载具窗户的受控加热的设备和方法
相关申请
本国际PCT专利申请依赖于2014年8月22日提交的美国临时专利申请序列号62/040,487的优先权，该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及了一种用于载具窗户的受控加热的设备和方法。更具体地，本发明涉及了一种用于受控加热飞机窗户(诸如舱室窗户)以最小化窗户上的起雾和成冰的设备和方法。
发明背景
在行进通过不同的气候环境的许多乘客载具(例如，诸如飞机)中，在乘客窗户上可能发生冷凝和/或成冰。窗户上的这种冷凝(或成冰)可能阻止乘客享受窗户外的风景，并且这样有损乘客享受他/她的旅行体验。
目前，乘客载具的趋势是朝向为乘客提供增加观察表面的更大窗户发展。随着窗户大小增加，发生冷凝和/或成冰的机会也增加。
在现有技术中，存在已知用于减少飞机窗户上的水冷凝或成冰的加热系统和方法的许多实例。例如，已知提供与窗户相关联的温度传感器的闭环系统，使得供至窗户加热器的功率得以直接基于来自温度传感器的读数来控制。然而，对于载具的制造商来说，此类系统需要额外的硬件和支出。
因此，用于向载具窗户提供热量的已知设备、方法和系统留有改进余地。
发明概要
本发明解决了针对现有技术所指出的缺点中的一者或多者。
在一个构想实施方案中，本发明提供了一种用于控制供至载具上的加热装置的功率的方法，所述方法包括：在搭载在所述载具上的控制器处接收指示选自包括以下项的至少一者的信息：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息；至少部分基于指示至少一个环境参数的所述信息而生成功率信号，所述功率信号指示用于控制供至所述加热装置的功率的方式；以及将所述功率信号传输至功率调节器，以使得依据所述功率信号来将功率供应给所述加热装置。
在另一构想实施方案中，所述功率信号指示用于调制供至所述加热装置的功率的方式。
还构想了所述功率信号可以指示用于调制供应给所述加热装置的功率的功率调制水平。
或者，所述功率调制水平可以选自一组功率调制水平。
再者，所述功率信号可以指示用于实现所述功率调制水平的功率占空比。
对于一个额外构想实施方案，所述功率信号可以指示用于实现所述功率调制水平的功率幅值的调整。
构想的是，所述功率调制水平可以选自一组预定功率调制水平。
还构想了所述功率调制水平可以为>0％且<100％的可用功率。在一个非限制性实例中，所述功率调制水平可以在1％至99％的可用功率之间选择。
在一个构想实施方案中，所述加热装置是含金属层。
在另一构想实施方案中，所述加热装置包括至少两个加热区域，独立地将功率施加到所述至少两个加热区域。
在另一构想实施方案中，所述加热装置是用于所述载具的窗户。
本发明还提供一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的控制器。所述控制器包括：输入端，所述输入端用于接收指示至少一个环境参数的信息，所述至少一个环境参数选自涵盖以下项的列表：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息；处理器，所述处理器用于至少部分基于指示至少一个环境参数的所述信息而生成功率信号，所述功率信号指示用于控制供至所述加热装置的功率的方式；以及输出端，所述输出端用于将所述功率信号传输至功率调节器，以使得依据所述功率信号来将功率供应给所述加热装置。
再者，本发明还提供一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的系统。所述系统包括：控制器，所述控制器具有：输入端，所述输入端用于接收指示至少一个环境参数的信息，所述至少一个环境参数选自以下各项：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息；处理器，所述处理器用于至少部分基于指示至少一个环境参数的读数的所述信息而生成功率信号，所述功率信号指示用于控制供至所述加热装置的功率的方式；以及输出端，所述输出端用于传输所述功率信号。所述系统还包括了功率调节器，所述功率调节器用于接收所述功率信号，并且使得依据所述功率信号来将功率供应给所述加热装置。
本发明的另一方面提供一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的方法。在此，所述方法被构想为包括：在搭载在所述载具上的控制器处接收指示与所述载具的操作相关联的至少一个参数的信息；在所述控制器处至少部分基于指示所述至少一个参数的所述信息和所存储的控制逻辑而生成功率信号，所述功率信号指示用于将供应给所述加热装置的功率的功率调制水平；以及将所述功率信号传输至功率调节器，以使得依据所述功率调制水平来将功率供应给所述加热装置。
关于这种方法，构想的是，所述至少一个参数选自以下各项：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、窗户温度、机轮承重状况、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息。
在这种方法中，所述功率信号可以指示用于实现所述功率调制水平的功率占空比，可以指示用于实现所述功率调制水平的功率幅值的调整，可以选自一组预定功率调制水平，和/或可以为>0％且<100％的可用功率。在一个非限制性实例中，所述功率调制水平可以在1％至99％的可用功率之间选择。
本发明还提供一种用于控制供应给载具上的窗户的加热装置的功率的控制器。所述控制器包括：输入端，所述输入端用于接收指示与所述载具的操作相关联的至少一个参数的信息；处理器，所述处理器用于在所述控制器处至少部分基于指示所述至少一个参数的所述信息和所存储的控制逻辑而生成功率信号，所述功率信号指示用于将供应给所述加热装置的功率的功率调制水平；以及输出端，所述输出端用于将所述功率信号传输至功率调节器，以使得依据所述功率调制水平来将功率供应给所述加热装置。
接着，本发明提供了一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的系统。所述系统包括：a)控制器，所述控制器具有：输入端，所述输入端用于接收指示与所述载具的操作相关联的至少一个参数的信息；处理器，所述处理器用于在所述控制器处至少部分基于指示所述至少一个参数的所述信息和所存储的控制逻辑而生成功率信号，所述功率信号指示用于将供应给所述加热装置的功率的功率调制水平；输出端，所述输出端用于传输所述功率信号；以及(b)功率调节器，所述功率调节器用于接收所述功率信号，并且使得依据所述功率调制水平来将功率供应给所述加热装置。
本发明还提供一种用于控制供至载具上的加热装置的功率的方法。所述方法包括：在控制器处接收指示至少两个参数的信息，所述至少两个参数选自包括以下项的列表：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度和外部恢复温度；至少部分基于所接收到的所述信息而生成功率信号，所述功率信号指示用于控制供至所述加热装置的功率的方式；以及使得依据所述功率信号来将功率供应给所述加热装置。
本发明的另外方面将从以下段落显而易见。
附图简述
现将结合本发明的附图来描述本发明，其中：
图1是根据本发明构造的飞机的窗户的剖面；
图2是根据本发明的一个构想实施方案构造的一个窗户的图形、平面图。
图3是说明其中飞机可操作的示例性温度-高度包络的图。
图4是说明根据本发明的窗户加热系统的操作的一个构想模式的功率控制图的图。
图5是根据现有技术的窗户加热系统的图形说明；
图6是根据本发明的窗户加热系统的一个非限制性实施方案的图形说明；
图7是说明根据本发明的窗户加热系统的操作的一个构想方法的流程图；
图8是根据本发明的窗户加热系统的第二非限制性实施方案的图形说明；
图9是说明根据本发明的窗户加热系统的操作的第二构想方法的流程图；
图10是说明窗户加热系统的操作的构想方法的流程图；以及
图11是根据本发明的窗户加热系统的另一非限制性实施方案的图形说明。
详细描述
现将结合本发明的一个或多个实施方案来描述本发明。对实施方案的论述并不旨在作为本发明的限制。相反，对实施方案的任何论述旨在例示本发明的广度和范围。如对本领域的技术人员应当显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以采用本文所述实施方案的变型和等效物。那些变型和等效物旨在涵盖在本专利申请的范围内。
现将在具有一个或多个喷气发动机的喷气飞机的构造的上下文中来论述本发明。虽然本发明是在此上下文中进行论述，但是本发明不旨在仅限制于喷气飞机构造。如对本领域的技术人员应当显而易见的是，本发明还适于任何其它类型飞机。另外，虽然在飞机的上下文中进行论述，但是本发明被视为也将适于除飞机之外的载具，诸如火车、地铁和公共汽车，以及其它可能载具。
另外，本发明将在控制供至用于飞机的窗户的加热装置的功率的上下文中进行论述。然而，应当理解，本发明还适于控制供至用于整流罩(诸如增强视觉系统(EVS)加热器整流罩)的加热装置或至飞机或载具内的相机上的透镜的功率。
图1是被构想为通过本发明的窗户加热系统104(图1中未示出)来加热的窗户10、尤其飞机舱室窗户10的剖面图示。
在描述窗户加热系统104前，首先描述说明窗户10的一个或多个构想实施方案。
窗户10包括框架12。虽然框架12可由任何合适材料构造，但是构想的是，框架12将由诸如铝合金的金属合金制成。或者，框架12可由复合材料(诸如碳纤维复合材料等等)制成。
框架12被构想为具有带圆角的大体上矩形的形状。虽然这种形状被构想为用于本文所述窗户10，但是在不背离本发明的范围的情况下，框架12可以具有任何形状。
框架12包围外部结构窗格14和内部结构窗格16。在所示实施方案中，外部窗格14通过夹层18而与内部结构窗格16分开，夹层可由诸如聚氨酯的合适材料制成。或者，在不背离本发明的范围的情况下，夹层18可由其它材料制成。在不背离本发明的范围的情况下，结构窗格14、16还可通过气隙分开。
结构窗格14、16被构想为将由丙烯酸制成。或者，结构窗格14、16可由其它透明材料(诸如玻璃)制成。例如，其它替代材料包括但不限于透明复合材料、陶瓷和层压材料。
热量由加热装置20提供给窗户10，在图1所示非限制性实施方案中，该加热装置是加热膜21。在不背离本发明的范围的情况下，加热装置20可以包括除加热膜21之外的另一装置。例如，加热装置20可以包括例如夹在结构窗格14、16之间的导线。
构想的是，加热膜21可以夹在夹层18与内部结构窗格16之间。在一个实施方案中，构想的是，例如，加热膜21可由非常薄的含金属层(诸如金层)制成。或者，加热膜21可由氧化铟锡或任何其它合适材料制成。加热膜21、或是加热装置20无需嵌入在窗户10内。构想的是，加热膜21可以在窗户10的表面上，可以在单独窗格上，或者在能够向窗户10提供热量的任何其它位置处。在一个实施方案中，加热膜21通过两个汇流条22、24供电。
构想的是，窗户组件34还包括了外部完整窗格(completion pane)26和内部完整窗格28。完整窗格26、28可由聚碳酸酯或任何其它合适材料制成。遮光窗帘(window shade)可根据需要或根据期望插在完整窗格26、28之间和/或与之相邻。
关于外部结构窗格14，注意，外表面30可以设有合适涂层，诸如耐磨涂层32等等。另外，外部结构窗格14的外表面30可以设有合适反射涂层32或进行处理以减少光透射过窗户10。如对本领域的技术人应当显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，其它涂层32和处理可施加于外部结构窗格14、内部结构窗格16、外部完整窗格26、内部完整窗格28、夹层18、单独加热器窗格(未示出)或窗户组件34的任何其它表面的表面中的任何一者。
如图1所示，内部结构窗格16邻近外部完整窗格26设置。在所示实施方案中，内部结构窗格16通过间隙36而与外部完整窗格26分离。间隙36被理解为填充空气。然而，构想的是，在不背离本发明的范围的情况下，间隙36可以填充除空气之外的气体。
关于间隙36，间隙36可以具有可符合特定飞机窗户10的需要或期望的任何尺寸。换句话说，在不背离本发明的范围的情况下，内部结构窗格16与外部完整窗格26之间的距离可以在窗户10的各个构造之间有所不同。另外，注意，间隙36无需在窗户10的整个表面区域之上是均匀的。例如，构想的是，内部结构窗格16和/或外部完整窗格26中的一者或两者可以呈凹形表面或凸形表面。因此，间隙36在内部结构窗格16与外部完整窗格26之间可不均匀。
另外如图1所示，外部完整窗格26邻近内部完整窗格28设置。在所示实施方案中，外部完整窗格26通过间隙38而与内部完整窗格28分离。间隙38被理解为填充空气。然而，构想的是，在不背离本发明的范围的情况下，间隙38可以填充除空气之外的气体。
关于间隙38，间隙38可以具有可符合特定飞机窗户10的需要或期望的任何尺寸。换句话说，在不背离本发明的范围的情况下，外部完整窗格26与内部完整窗格28之间的距离可在各个构造之间有所不同。另外，注意，间隙38无需在窗户10的整个表面区域之上是均匀的。例如，构想的是，外部完整窗格26和/或内部完整窗格28中的一者或两者可以呈凹形表面或凸形表面。因此，间隙38在外部完整窗格26与内部完整窗格28之间可不均匀。
继续参考图1，外部完整窗格26和内部完整窗格28被窗帮(window reveal)40包围。窗帮40被构想为将由塑料制成。如对本领域的技术人员应当显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，任何其它合适材料都可用于窗帮40。
窗户10被构想为通过飞机舱室内的压力保持到位。这种安装常被本领域的技术人员称为插式(plug-type)。当没有压力梯度存在时，窗户10通过固持器夹42保持到位。或者，在不背离本发明的范围的情况下，窗户10可由扣件、螺杆、胶水或任何其它手段固定。
结合图1对窗户10的构造的描述并不旨在作为本发明的限制。例如，构想的是，窗户10的替代构造可以包括额外的密封件、框架元件和扣件。窗户组件34也可以由更多或更少的结构窗格、夹层、间隙、完整窗格、加热膜或其它子组件制成。因此，本发明的窗户10不构想为限于所示实施方案。相反，本发明的窗户10被构想为涵盖大量不同构造。
在图1所示实施方案中，构想的是，在所示实施方案中为加热膜21的加热装置20均匀地分布在窗户10的整个表面上。在替代实施方案中，构想的是，仅窗户10的选定区域可被加热装置20覆盖。
在图2中所示的一个构想实施方案中，加热装置20可施加到窗户10，以相对于窗户10的总表面积56建立加热区域44、46、48、50、52、54。可独立地将功率施加到每个加热区域，使得可仅将热量施加到窗户10的某些区域。如对本领域的技术人员应当显而易见的是，在采用单独加热区域44、46、48、50、52、54时，在不背离本发明的范围的情况下，窗户10可以包括更大或更少数量的区域。此外，在不背离本发明的范围的情况下，加热区域44、46、48、50、52、54、56可为任何形状或图案。利用不同加热区域44、46、48、50、52、54，构想的是，与加热装置20被施加在窗户10的整个表面上的情况相较，窗户10可以更低总功率需求操作。
图3提供压力高度(以英尺计)(y轴)对外部空气温度(OAT)(以℃计)(x轴)的图形绘图。外接区域代表民用飞机的典型操作状况。如对本领域的技术人员应当显而易见的是，并且如从图3应当显而易见的是，外部空气温度随高度而显著改变。因此，为将窗户温度保持在预定范围内，提供给加热装置20的功率依据外部空气温度和/或高度改变。
其它参数也会影响功率需求，如以下将论述。当前实施方案被构想为在图3所呈现的包络内提供温度控制。图3所呈现的包络不构想为限于所示实施方案。相反，可适用于本发明的包络被构想为涵盖用于民用和军事行动两者的大量不同的高度和温度。
返回参考图2，加热系统104与加热装置20通信以控制和/或调制供至窗户10的加热装置20的功率。如以下将更详细地描述，本发明的加热系统104采用开环方法来控制窗户10的加热以控制施加到窗户10的加热，开环方法考虑到了飞机内部和外部两者的环境状况(诸如OAT和飞机速度)。
图4是可针对控制和/或调制供至加热装置的功率而采用的一个构想功率控制图84的图示。功率控制图84的形状平行于图3中的绘图的形状。如本文所使用，调制功率是指在一段时间内仅提供可用于加热装置的总可能功率的一部分或百分比。这可通过调整功率幅值或通过在循环、相对短时间段期间控制开/关占空比来完成。应当理解，功率调制并不包括当T窗户＜T最小时接通电源(100％)和当T窗户＞T最大时断开电源(0％)的二进制状态。
图4的功率控制图84示出六个控制区域86、88、90、92、93、94，每者表示可施加到加热装置20的不同功率调制水平。控制区域86、88、90、92、93、94中的每者与不同功率消耗水平相关联，功率消耗水平被指示为将由加热系统104而施加到加热装置20的总功率的百分比。以此方式，加热系统104能够调制供应给加热装置20的功率。第一控制区域86是指功率控制图84中的功率对加热装置20为断开(0％)的区域。第二控制区域88涵盖功率控制图中的功率以最大值的20％施加到加热装置20的区域。第三控制区域90涵盖功率控制图中的功率以最大值的40％施加到加热装置20的区域。第四控制区域92涵盖功率控制图中的功率以最大值的60％施加到加热装置20的区域。第五控制区域93涵盖功率控制图中的功率以最大值的80％施加到加热装置20的区域。第六控制区域94涵盖功率控制图中的功率以最大值的100％施加到加热装置20的区域。如上指出，功率控制图84仅是用于本发明的加热装置20的操作的一种构想布置。控制图84可以具有任何数量可能功率调制水平，并且每个区域可以与将施加到加热装置20的最大功率的任何适当的百分比相关联。
还将理解，控制图84并不限于OAT和高度参数，并且可以与其它参数(包括以下进一步描述的那些)相关联。还构想了功率调制水平可以在OAT范围内动态调整，并且不划分成六个离散区域。例如，功率调制水平可针对每度或部分程度的温度变化而改变。因此，功率调制水平可以包括>0％且<100％的任何功率水平。在一个非限制性实例中，功率调制水平可以在1％至99％的可用功率之间选择。
图5是根据现有技术的作为闭环系统操作的窗户加热系统96的图形概览。加热系统96包括与窗户100接触的温度传感器98。来自温度传感器98的温度数据被传输到控制器102。接着，控制器102可响应于来自温度传感器98的温度数据来向窗户100中的加热元件施加功率。这种现有技术窗户加热系统96称为闭环系统，因为窗户100的温度直接基于从窗户100接收的温度数据控制，使得存在对正控制的温度的直接反馈。还应理解，现有技术依赖于窗户温度阈值：如果T窗户＜T最小，那么功率为100％接通，如果T窗户＞T最大，那么功率为断开(0％)的。在现有技术中，没有对供应给已知加热装置的功率的调制
图6示出根据本发明的窗户加热系统104的一个构想实施方案。加热系统104根据开环系统控制供应给舱室窗户106的加热装置20的功率。更具体地，开环系统考虑到了并不提供窗户温度的直接读数的环境参数，以便控制供应给舱室窗户106的功率。在所示非限制性实施方案中，窗户加热系统104与第一传感器108、第二传感器110和第三传感器112通信，第一传感器、第二传感器和第三传感器被构想为与各种相应环境参数相关联，这些环境参数与飞机操作相关联。然而，应当了解，在不背离本发明的情况下，加热系统104可以与任何数量的传感器(包括单个传感器)108、110、112通信。还应了解，加热系统104可以不直接与传感器108、110、112中的每者通信，而相反地，可以经由其它飞机部件(诸如通过航电系统套件(avionics suite)、舱室管理系统或飞行控制计算机等等)接收来自传感器108、110、112的读数。传感器可以包括直接或间接地将输入中继到加热系统104的任何探头、通信设备或其它装置。
传感器108、110、112可向加热系统104提供与各种不同环境参数相关联的读数，这些环境参数可为飞机内部和/或外部的环境参数。在图7的非限制性实施方案中，第一传感器108提供飞机的空气速度的读数，第二传感器110提供飞机外部温度(OAT)的测量，第三传感器112提供飞机的高度的测量。可根据需要或根据期望采用另一些传感器。可由本发明的加热系统104使用的其它环境参数的实例包括：速度(真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数)、高度(地理、压力)、OAT(静态空气温度、总体空气温度、恢复温度)、空气密度、舱室温度、机轮承重状况、外部空气湿度、舱室空气湿度(相对湿度、绝对湿度、露点)、地理位置(即，来自GPS信号或其它定位信号)、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、飞机管理系统(AMS)状态、飞行管理系统(FMS)状态、舱室管理系统(CMS)状态、电气系统状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、手动控制、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载、一般天气信息等。
如图6所示，加热系统104包括控制器116和功率调节器118。控制器116包括连接到处理器120的输入/输出模块121，处理器与用于存储数据和/或程序逻辑的存储器单元122通信。来自传感器108、110、112的读数接收在控制器116的输入/输出模块121处，并且接着传给处理器120以依据存储在存储器单元122中的程序指令和/或数据来处理。例如，存储器单元122可以存储控制图，诸如图4中所示的控制图84，使得处理器120能够生成用于控制供应给加热装置20的功率信号。功率信号是从控制器116的输入/输出模块121输出。功率信号被传输到功率调节器118。接着，功率调节器118至少部分基于由控制器116生成的功率信号，生成用于控制窗户106的加热装置20的电信号。如上指出，窗户106的加热通过向加热装置20施加功率而成为可能，加热装置可呈图1中所示的加热膜21形式。
处理器120可以包括一个或多个处理器和计算机可读存储器/介质，计算机可读存储器/介质包含可由处理器120读取和执行的指令。处理器120可以例如包括一个或多个数字计算机或其它数据处理器或者其它适当编程或可编程逻辑电路，或者为一个或多个数字计算机或其它数据处理器或者其它适当编程或可编程逻辑电路的部分。处理器120可以包括通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备，并且可配置为在飞机上使用。
如对本领域的技术人员应当显而易见的是，作为查找操作、将算法应用于输入信号或这两者的组合的结果，作为本发明的加热系统104的部分的处理器120可以生成输出信号。本发明不旨在受到用于从输入变量生成输出信号的方法限制。
存储器单元122可以包括一个或多个合适计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可为非暂态计算机可读存储介质。此类非暂态计算机可读存储介质可以包括例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或者前述项的任何合适组合。更具体地，计算机可读存储介质的更具体的实例(非穷尽性列表)将会包括以下各项：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁性存储设备，或者任何前述项的适当组合。在本公开上下文中，计算机可读存储介质可为可包含或存储指令的任何有形介质，指令将由指令执行系统、设备或装置(诸如以上所描述的处理器120)使用。
如对本领域的技术人员应当显而易见的是，传感器108、110、112可连接到飞行管理系统(FMS)、飞机管理系统(“AMS”)、舱室管理系统(CMS)，或者能够向控制器116提供合适环境参数或是其它参数的任何其它现有飞机系统。由此，传感器108、110、112可向加热系统104提供操作输入，而不从窗户106处接收直接温度信息。
如上论述，注意，图5中所示的现有技术的实例称为闭环系统。本发明的加热系统104被构想为开环系统。
图7是说明根据本发明的用于窗户加热系统(诸如窗户加热系统104)的操作的一个构想操作方206的流程图。方法206在步骤208处开始。方法206从步骤208进行到步骤210，其中在搭载在载具上的控制器116处接收指示选自环境参数列表(诸如以上所阐述的列表)的至少一个环境参数的信息。方法206从步骤210进行到步骤212，其中控制器116至少部分基于指示至少一个环境参数的信息而生成功率信号。方法206从步骤212进行到步骤214，其中将功率信号传输到功率调节器118，以依据功率信号来将功率供应给加热装置。方法206在步骤216处结束。
如从上文应当显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，方法206可修改为包括任何数量额外步骤。例如，构想的是，方法206可以包括生成指示功率调制水平的功率信号(如以下将更详细地描述)，由此允许依据多个功率调制水平将功率供应给加热装置。功率调制水平可为功率信号范围的相等或不等分。
图8是根据本发明的窗户加热系统182的另一实施方案的图形说明。该图提供与飞机中的加热系统182的实现方案一致的额外细节。
在图8中，传感器108、110和112由空中数据系统探头(ADSP)、座舱命令和舱室管理系统(CMS)命令表示。ADSP 108提供三个环境参数：外部空气温度(OAT)、真实空气速度(TAS)和高度。座舱命令110具有三种模式：接通、断开和自动，并且CMS命令112具有两种模式：断开和自动。
从ADSP 108、座舱命令110和CMS命令112接收的输入被收集并存储在控制器116中，控制器在所示实施方案中包括数据集中器单元(DCU)180和电气数据管理单元(EDMU)182。DCU 180将用于控制逻辑的环境参数提供给电气数据管理单元(EDMU)182。EDMU 182托管用于处理环境参数的控制逻辑，并且依据控制逻辑来处理来自DCU 180的输入以计算所需功率。电气数据管理单元(EDMU)182接着将功率信号提供给功率调节器118，在所示附图中，功率调节器是固态功率控制器(SSPC)166。
加热系统182可操作以调制供应给加热装置20(未示出)的功率，并且因此，由EDMU182发出的功率信号是方波信号，其命令SSPC 166(功率调节器118)来调制供至舱室窗户10的功率。SSPC 166基本上是交替地闭合和打开电路的开关。在其中信号具有10秒的周期性的非限制性实例中，调制通过占空比实现，占空比控制在循环短时间段内电路闭合和打开的时间比。例如，如果电路闭合(通电)4秒，并且接着打开(断电)6秒，那么在10秒的时间段内实现的平均占空比为40％。注意，信号周期可以具有任何长度，只要该时间段与窗户的热时间常数相比较小即可。
如前所述，功率调节器118(其在图10中示出为SSPC 166)将功率提供给舱室窗户10。在所示实施方案中，六(6)个窗户串连地由三(3)组平行窗户构成，每组具有两个(2)窗户。注意，在不背离本发明的范围的情况下，窗户10可以任何数量分组，并并行和/或串连地组合起来。
图8中所示的航空电子和电气系统架构还设有保护中继184以防止在系统故障的情况下的任何过热风险。如对本领域的技术人员应当显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，加热系统182可以进一步配备有任何种类装置，它将保护、测试或监控加热系统182。此类装置可以包括但不限于：热熔丝、电熔丝、保护中继、定时器、内置测试(BIT)、通电内置测试(PBIT)、既发内置测试(IBIT)、连续内置测试(CBIT)、电阻计、电压计和电流计。
如上论述，提供给舱室窗户的加热装置20的功率控制基于开环概念，开环概念考虑到了至少一个环境参数选自以下项的一者或多者：空气速度、地面速度、高度、外部空气温度、舱室温度、恢复温度、机轮承重状况、外部空气湿度、舱室空气湿度、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、飞机管理系统状态、飞行管理系统状态、舱室管理系统状态、电气系统状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、手动控制、加湿器状态、喷淋器状态、太阳能负载和一般天气信息。
如以上还描述，本发明的加热系统104、182还可操作以调制供应给舱室窗户10的加热装置20的功率。这种调制可以基于任何参数(诸如窗户温度)，以及任何上述环境参数。如上指出，调制功率是指在一段时间内仅提供可用于加热装置的总可能功率的一部分或百分比。这可通过调整功率幅值或通过在循环、相对短时间段期间控制开/关占空比来完成。
如从图4应当显而易见的是，例如，在OAT用作由处理器120估计来用于加热装置20的操作的变量之一的情况下，温度操作范围被划分为六个功率调制水平(或者如果100％和0％不被认为将是调制水平，那么就是四个功率调制水平)。六个功率调制水平对应用于生成用于加热装置20的操作的功率信号的六个调制水平。如应显而易见的是，整个操作范围可划分为用于本发明的加热系统104的操作的更大或更小数量的功率调制水平。
关于该功率的调制水平，注意，存在可采用的若干方法。在40％功率下，构想的是，可连续地将处于总强度的40％的功率施加到加热装置20。或者，可以在总加热时间的五分之二内以100％来施加功率。在这个第二实例中，加热装置20可仅在40％的时间(简而言之，循环间隔)上、而非在40％的功率下激活。
另外，应用到OAT的相同逻辑可应用到将输入提供给本发明的控制器116的任何变量。例如，如果空气速度用作变量以确定用于加热装置20的调制水平，那么该飞机的总体空气速度范围可根据需要或根据期望来划分为许多功率调制水平。接着，可以依据不同功率调制水平来匹配或应用施加到舱室窗户10的加热装置20的功率调制。
如应显而易见的是，可提供给控制器116的不同变量被构想为提供飞机在任何操作阶段的操作状态的概览。如上指出，多个变量可划分为子范围。变量的子范围可以用于限定用于窗户106中的加热装置20的两个或更多个调制水平。
注意，功率调制水平无需是相同的。在图4中所示的实施方案中，这些水平跨越不同温度范围(一些跨度为20℃，而另一些的跨度为40℃等)。然而，功率调制水平同样可均匀地跨越温度范围。然而，要实践本发明无需依赖均匀的子范围。子范围可根据需要或根据期望彼此不同。
单独地，功率调制水平可均匀地从0％至100％选择，并且以20％的增量划分。然而，调制水平无需是均匀地从0％至100％选择。相反，例如，第一调制水平(总计六个)可能造成施加8.2％的功率，而第四调制水平(总计六个)则可能需要将96.3％的功率施加到加热装置20。功率调制水平也可在y轴上变化，y轴在图4中表示压力高度(英尺)。
注意，本文所述范围结合离散功率调制水平论述。例如，参考图4，注意，如果OAT在30,000英尺的压力高度下处于在-40℃和-20℃之间的任何地方，那么调制水平为40％。然而，应当理解，出于本发明的目的，构想的是，功率调制水平可以在OAT的范围内或在压力高度的范围内动态调整。例如，调制水平可针对每度或部分程度的温度变化而改变。再者，可针对每个OAT来计算精确调制水平，使得调制水平基于与飞机在任何给定时刻的操作相关联的状况而不断变化。
另外，加热系统104、182可设计成基于与飞机的操作相关联的预期、未来状况来对加热装置20进行调整。例如，如果飞机正上升到40,000英尺的飞行高度，那么控制器116可以调制供至加热装置20的功率以适应最终、预期飞行状况，而非在转变到巡航高度期间进行较小调整。
如上指出，存在可用于实现各种功率调制水平的若干方法。在40％功率下，构想的是，可连续地将处于总强度的40％的功率施加到加热装置20。或者，可以在循环加热时间的五分之二内以100％来施加功率。在这个第二实例中，加热装置20可仅在40％的短循环时间段内、而非在50％的功率下激活。注意，功率激活周期可以具有任何长度，只要该时间段与窗户的热时间常数相比较小即可。
出于本发明的目的，注意，可以使用功率循环施加。由于加热装置20被施加到玻璃或丙烯酸(两者具有低传热率)(在某些构想实施方案中)，因此构想的是，玻璃或丙烯酸将会在一段时间内保持热量。因此，构想的是，可不一定需要具有恒定加热模式。可以采用例如5秒的加热、接着5秒不加热的循环模式。
图9示出的是说明根据本发明的用于窗户加热系统(诸如窗户加热系统104、182)的操作的一个构想操作方298的流程图。方法298在步骤300处开始。方法298从步骤300进行到步骤302，其中在控制器116处接收指示与载具的操作相关联的至少一个参数的信息。方法298从步骤302进行到步骤304，其中控制器116至少部分基于指示至少一个参数的信息而生成功率信号。功率信号指示用于供应给加热装置20的功率的功率调制水平。方法298从步骤304进行到步骤306，其中将功率信号传输到功率调节器118，以使得依据功率调制水平来将功率供应给加热装置。方法298在步骤308处结束。
在构想实施方案中，方法298可以包括以下步骤：从窗户温度传感器处接收窗户温度信号，并且至少部分基于窗户温度信号生成功率调制水平。如所指出，方法298还可采用其它参数。
图10示出用于关于图8描述并使用图4的控制图的本发明的窗户加热系统182的操作的一个构想非限制性控制逻辑172。控制逻辑172的第一部分174处理来自座舱的命令。如果座舱命令断开加热装置20，那么功率、或是功率调制水平被设定为0％。如果座舱命令接通加热装置20(大多针对测试程序)，那么功率、或是功率调制水平被设定为100％。
如果座舱命令使加热系统182置于自动模式，那么控制逻辑172的第二部分176处理来自舱室管理系统(CMS)的命令，CMS被构想为由乘客或乘务人员激活。如果CMS命令断开加热装置20，那么功率、或是功率调制水平被设定为0％。
如果CMS命令使加热系统182置于自动模式，那么逻辑172的第三部分178评估飞机是正处于地面操作还是飞行操作。如果真实空气速度(TAS)大于100节，那么认为飞机在飞行中，并且处理控制逻辑172的第五部分182。如果TAS小于或等于100节，那么认为飞机在地面上，并且处理控制逻辑172的第四部分180。
在地面操作180过程中，如果OAT大于10℃，那么功率、或是功率调制水平被设定为0％。否则，如果OAT大于-20℃，那么功率、或是功率调制水平被设定为20％。否则，如果OAT大于-40℃，那么功率、或是功率调制水平被设定为40％。否则，功率、或是功率调制水平被设定为60％。
在飞行操作182过程中，如果OAT大于20℃，那么功率、或是功率调制水平被设定为0％。否则，如果OAT大于0℃，那么功率、或是功率调制水平被设定为20％。否则，如果OAT大于-10℃并且高度大于10,000英尺，那么功率、或是功率调制水平被设定为20％。否则，如果OAT大于-20℃，那么功率、或是功率调制水平被设定为40％。否则，如果OAT大于-30℃并且高度大于15,000英尺，那么功率、或是功率调制水平被设定为40％。否则，如果OAT大于-40℃并且高度大于30,000英尺，那么功率、或是功率调制水平被设定为40％。否则，如果OAT大于-40℃，那么功率、或是功率调制水平被设定为60％。否则，如果OAT大于-50℃并且高度大于15,000英尺，那么功率、或是功率调制水平被设定为60％。否则，如果OAT大于-60℃并且高度大于45,000英尺，那么功率、或是功率调制水平被设定为60％。否则，如果OAT大于-70℃，那么功率、或是功率调制水平被设定为80％。否则，功率、或是功率调制水平被设定为100％。注意，控制逻辑172的与飞行操作相关的第五部分182可以直接地从功率控制图(诸如图4中所示的功率控制图)得出。
如从上文应当显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，功率量(或幅值)可以变化。此外，在不背离本发明的范围的情况下，可以更改用于调整舱室窗10的温度的功率或功率调制水平。
虽然在以上实例中，描述的参数是OAT，但是应当了解，关于本发明来说，并且如上指出，由传感器108、110、112检测以用于控制供应给窗户10的加热装置20的功率、或是功率调制水平的参数可以包括但不限于如下参数：诸如真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息。另外，这些参数被构想为将经由搭载在飞机上的飞行管理系统提供。需要这些变量中的至少一个，但是本发明构想了依赖于以下变量中的至少两个：(1)空气速度或压力高度，以及(2)外部空气温度
图11是本发明的另一实施方案的图形说明，其中加热系统104可以用作后备系统以向更传统的窗户加热系统186提供冗余。如图所示，传统加热系统186在图11中被修改为使得加热系统104适应作为后备系统。窗户系统186还包括了与窗户106相关联地操作的温度传感器192。
后备加热系统104被连接到鉴别器188。鉴别器188还从连接到温度传感器192的控制器190接收数据。
构想的是，鉴别器188将会允许在正常操作状况下将功率提供给舱室窗户106中的加热装置20。如果在正常操作模式下存在故障，那么将依据与以上已详细描述的处理器控制器116中的逻辑相关联的操作参数来将功率施加到舱室窗户106中的加热装置20。
还构想了后备系统104是主要系统，并且与温度传感器192相关联的环路被依赖为后备系统。
另外，构想的是，窗户加热系统104与温度传感器192协作地操作。在这种布置中，由窗户温度传感器192生成的窗户温度信号变为用于计算施加到加热装置20的功率、或是功率调制水平的额外变量。
在特定非限制性实例中，经由占空比来进行的功率调制可以经由机械装置(诸如将开关激活的一组凸轮或齿轮状机构)进行控制。温度输入将会选择哪个凸轮/齿轮转动，并且齿轮上的齿距可为预定的占空比。每占空比可有1个齿轮/凸轮。
如上指出，本文所述实施方案旨在例示本发明的宽广范围。所述实施方案的变型和等效物旨在被涵盖在本发明内，如同本文中所述的那样。

Claims (23)

1.一种用于控制供至载具上的加热装置的功率的方法，所述方法包括：
在搭载在所述载具上的控制器处接收指示至少一个环境参数的信息，所述至少一个环境参数选自包括以下项的列表：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息；
至少部分基于指示至少一个环境参数的所述信息而生成功率信号，所述功率信号指示用于控制供至所述加热装置的功率的方式；以及
将所述功率信号传输至功率调节器，以使得依据所述功率信号来将功率供应给所述加热装置。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述功率信号指示用于调制供至所述加热装置的功率的方式。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述功率信号指示用于调制供应给所述加热装置的功率的功率调制水平。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述功率调制水平选自一组功率调制水平。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述功率信号指示用于实现所述功率调制水平的功率占空比。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述功率信号指示用于实现所述功率调制水平的功率幅值的调整。
7.如权利要求3所述的方法，其中所述功率调制水平选自一组预定功率调制水平。
8.如权利要求3所述的方法，其中所述功率调制水平为>0％且<100％的可用功率。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述加热装置包括含金属层。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述加热装置包括至少两个加热区域，独立地将功率施加到所述至少两个加热区域。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述加热装置用于所述载具上的窗户。
12.一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的控制器，所述控制器包括：
输入端，所述输入端用于接收指示至少一个环境参数的信息，所述至少一个环境参数选自包括以下项的列表：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息；
处理器，所述处理器用于至少部分基于指示至少一个环境参数的所述信息而生成功率信号，所述功率信号指示用于控制供至所述加热装置的功率的方式；以及
输出端，所述输出端用于将所述功率信号传输至功率调节器，以使得依据所述功率信号来将功率供应给所述加热装置。
13.一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的系统，所述系统包括：
a)控制器，所述控制器包括：
输入端，所述输入端用于接收指示至少一个环境参数的信息，所述至少一个环境参数选自包括以下项的列表：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息；
处理器，所述处理器用于至少部分基于指示至少一个环境参数的读数的所述信息而生成功率信号，所述功率信号指示用于控制供至所述加热装置的功率的方式；以及
输出端，所述输出端用于传输所述功率信号；以及
b)功率调节器，所述功率调节器用于接收所述功率信号，并且使得依据所述功率信号来将功率供应给所述加热装置。
14.一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的方法，所述方法包括：
在搭载在所述载具上的控制器处接收指示与所述载具的操作相关联的至少一个参数的信息；
在所述控制器处至少部分基于指示所述至少一个参数的信息和所存储的控制逻辑而生成功率信号，所述功率信号指示用于将供应给所述加热装置的功率的功率调制水平；以及
将所述功率信号传输至功率调节器，以使得依据所述功率调制水平来将功率供应给所述加热装置。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述至少一个参数选自包括以下项的参数列表：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、马赫数、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度、外部恢复温度、空气密度、舱室温度、窗户温度、机轮承重状况、外部空气湿度、相对舱室空气湿度、绝对舱室空气湿度、露点、地理位置、一天中的时间、一年中的时间、一年中的日期、测冰器状态、纬度、经度、航向、迎角、飞行阶段、加湿器状态、喷淋器状态(开/关)、太阳能负载和一般天气信息。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述功率信号指示用于实现所述功率调制水平的功率占空比。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述功率信号指示用于实现所述功率调制水平的功率幅值的调整。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述功率调制水平选自一组预定功率调制水平。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述功率调制水平为>0％且<100％的可用功率。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述加热装置用于所述载具上的窗户。
21.一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的控制器，所述控制器包括：
输入端，所述输入端用于接收指示与所述载具的操作相关联的至少一个参数的信息；
处理器，所述处理器用于至少部分在所述控制器处基于指示所述至少一个参数的信息和所存储的控制逻辑而生成功率信号，所述功率信号指示用于将供应给所述加热装置的功率的功率调制水平；以及
输出端，所述输出端用于将所述功率信号传输至功率调节器，以使得依据所述功率调制水平来将功率供应给所述加热装置。
22.一种用于控制供应给载具上的加热装置的功率的系统，所述系统包括：
a)控制器，所述控制器包括：
输入端，所述输入端用于接收指示与所述载具的操作相关联的至少一个参数的信息；
处理器，所述处理器用于在所述控制器处至少部分基于指示所述至少一个参数的信息和所存储的控制逻辑而生成功率信号，所述功率信号指示用于将供应给所述加热装置的功率的功率调制水平；
b)输出端，所述输出端用于传输所述功率信号；以及
功率调节器，所述功率调节器用于接收所述功率信号，并且使得依据所述功率调制水平来将功率供应给所述加热装置。
23.一种用于控制供至载具上的加热装置的功率的方法，所述方法包括：
在控制器处接收指示至少两个参数的信息，所述至少两个参数选自包括以下项的列表：真实空气速度、校准空气速度、地面速度、地理高度、压力高度、外部静态空气温度、外部总体空气温度和外部恢复温度；
至少部分基于所接收到的所述信息而生成功率信号，所述功率信号指示用于控制供至所述加热装置的功率的方式；以及
使得依据所述功率信号来将功率供应给所述加热装置。
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