JP2008532028A - 表面部に付着した霜の厚さを測定するプローブ - Google Patents
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Abstract
本発明は、表面上の着霜の厚さを測定するプローブに関するものである。本発明によると、本プローブは、複数の測定段(E1からEn)から成り、それらはプローブの基台(2)に少なくとも実質的に直交して積み重ねられている。各測定段は、少なくとも一つのエミッターであって、そのエミッターは前記基台に対して少なくとも実質的に平行な光線を発するものと、少なくとも一つのレシーバーであって、霜に反射した後前記光線を受けるものとからなる。
【選択図】 図1
【選択図】 図1
Description
本発明は、表面、特に、航空機の空気力学的表面(翼、尾翼など)に付着した霜の厚さを測定するための光学プローブおよび複数のこのプローブから成る装置に関するものである。
よく知られていることとして、特定の気象条件のもとでは、飛行中に航空機の空気力学的表面に霜の付着が形成されることがあり、それによって、一方では空気力学的プロフィール(輪郭)、よって前記表面の空気力学的特徴を変形し、他方では前記航空機の重量を増加してその均衡状態を変える。したがってそのような霜の付着によって航空機が制御不能になったり、墜落の原因となったりすることもある。
着霜する際の気象条件を研究し、航空機の空気力学的表面への霜の付着を予想し、それらの影響を避けるために、特殊な飛行試験の活動が行われている。このような試験の目的は、起こりがちな自然着霜の形態についての知識を改良し、航空機の安全性保証の手順の枠組内で既存モデルを有効にすることである。このように、そのような試験によって、着霜の形態を定義し、特に空気力学的表面のプロフィールの周囲の霜の厚さや拡がりを測定し、前記プロフィールの状態を決定できる。
着霜の厚さの測定のみに関しては数多くのプローブがすでに知られており、それらは電気誘導や、霜中の超音波・マイクロ波・光線の伝播のような物理的原則を実施することによって作動する。
例えば、米国特許第6,425,286号には、霜を検出するための電気光学プローブについての記述がある。このプローブは、空気の流れに接触している航空機の表面にそれを固定するための基台と、その基台に直交し、霜が蓄積する空洞を設けた長円形ケージングから成る。光線がその空洞を通り、センサーによってその光線が存在するか否かを検知することが可能となる。霜が付着していた場合、霜は空洞をふさぎ、その結果、光線はセンサーによって検知されない。このプローブはさらに、空洞に蓄積した霜を融かすための加熱装置も備えている。加熱周期の回数を数えることによって、このプローブは、蓄積した霜の全量の値を出すことができる。
米国特許第6,425,286号
これら既知のプローブの操作が基づく物理的原則にも関わらず、経験によれば、それらのプローブはわずかな厚さの着霜しか測定することができず、時には精度も低いということがわかっている。
本発明の目的のひとつはこの欠点を解消することであり、本発明は、かなりの厚さ(例えば、数10センチメートル)の霜を精密に測定することのできる光学プローブに関するものである。
この目的のために、本発明によると、表面、特に航空機の空気力学的表面の着霜の厚さを測定するプローブは、前記表面に当てがわれることのできる基台を備えていて、
前記基台に対して、少なくとも実質的に直交して積み重ねられた複数の測定段を備え、
各測定段が、
・ 少なくとも一つのエミッターであって、それが前記基台に対して少なくとも実質的に平行な光線を放出できるものと、
・ 少なくとも一つのレシーバーであって、前記光線が霜に反射した後その光線を受けることができるものであることを特徴とする。
前記基台に対して、少なくとも実質的に直交して積み重ねられた複数の測定段を備え、
各測定段が、
・ 少なくとも一つのエミッターであって、それが前記基台に対して少なくとも実質的に平行な光線を放出できるものと、
・ 少なくとも一つのレシーバーであって、前記光線が霜に反射した後その光線を受けることができるものであることを特徴とする。
よって、前記表面を覆っている霜の厚さは、前記基台と一番最後の測定段との間の距離に対応し、その最後の段のレシーバーは、連携するエミッターによって放出される光線を受ける。測定の結果は、この最後の段と最初の段の間の距離に対応し、最初の段のレシーバーは、連携するエミッターによって放出された光線を受けない。着霜の測定尺度はこのようにして得られる。
各エミッターは発光ダイオード型で、各レシーバーはフォトダイオード型であるのが好ましい。
本発明のプローブはケージングを備えるのが望ましく、そのケージングは前記基台に固定され、積み重なった複数の測定段を囲む。前記測定段の各段で、前記ケージングには前記光線のための透明な窓体が設けられている。複数の窓体は、すべての測定段に共通な1つの窓体によって形成されてもよい。
望ましい実施例では、本発明のプローブは加熱手段を備え、この加熱手段は少なくとも前記窓体の近辺、望ましくは前記プローブの直ぐ周囲で、表面上の着霜を融かすことができる。このように、前記プローブは着霜から分離しており、したがって、プローブへの着霜によってもたらされる機械的ストレスと、プローブによる霜の堆積の変形のリスクと、各段階でのエミッター/レシーバー集合点の変化のリスクを回避することができる。
飛行中、プローブの近辺での空気の流れの妨げをできるだけ小さくするために、前記ケージングが長円形であることが望ましい。よって、着霜の形成は妨害されず測定も確実である。プローブ全体が霜で覆われている場合、プローブの障害物の増加を加熱装置によって防ぐことが可能となる。
加えて、以上で言及した既知のプローブと本発明のプローブは霜の厚さの先端測定(ポイント測定)のみを述べており、これでは前記表面の着霜の全プロフィールを研究するには不十分である。
この問題を解決するために、先行技術は一般的に、前記表面に直交して固定され、長さを測定する目盛をもった板を付与している。各板は、尖縁に固定されるときにはリングの一部の形をしており、飛行中は航空機に搭載されるカメラによって観測され、そのカメラは前記板に堆積した霜の厚さを表示する。しかしながら、カメラは遠く離れており、窓体を通してそのカメラによって板が観測されるので、測定はうまく行われない。さらに、そのような測定装置は振動に敏感であり、画像の質を悪くしてしまう。その解像度は悪く、よって測定もよくない。
したがって、本発明のもう一つの目的は、この最後の問題を解消することである。
前記表面が空気力学的流れにさらされる空気力学的表面である場合、前記プローブの窓を空気力学的流れに対して横断するように向けるのが望ましい。こうして、プローブの前および後ろにそれぞれ形成する霜の波や谷の現象により測定を誤ることが避けられる。
前記装置は、空気力学的流れの中に配置された少なくとも1組のプローブを備えていることが望ましい。(別のプローブが1つのプローブを邪魔することを避けるために、一直線上または偏位されている)そして、前記1組のプローブは空気力学的表面の尖縁を囲む。
もちろん、プローブは、その厚さを測定する霜が付着する場所の表面に直接固定することもできる。しかし、特にその表面を傷つけたくないときには、前記プローブを、一時的に前記表面に接着されている支持台に固定するのが望ましい。その支持台はその表面に平行で、前記表面と中間空間をつくる。そのような支持台は例えば米国特許第US−A−5,874,671号に記載されている。
添付の図は、本発明が実施される方法を明らかにするだろう。これらの図においては、同一符号は同一要素を示す。
本発明の実施例の例として図1に示されているプローブIは、例えば、軸L−Lに沿う円柱である長円形ケージングから成る。その端の一方では、プローブ1は、軸L−Lに直交する基台2を備えている。少なくとも1本の電気ケーブル3が、基台2を貫通し、プローブIと外部とを電気連結させている
ケージング1の側壁の一部には、長手方向の開口部4が設けられており、赤または近赤外放射線を透過する長手方向の窓体5によって閉じられている。
長円形ケージング1の内側には、プリント基板6が長手方向に配置されており、このプリント基板6はケーブル3と電気連結し、適切な方法で窓体5の反対側の、ケージングの内側に固定されている。
プリント基板6は、複数組の対になった光学エミッター7及び光学レシーバー8を有し、これらは軸L−Lに沿って基板に分布している。エミッター7とレシーバー8は突出片9あるいは10によってそれぞれプリント基板6に固定されている。各対のエミッター7とレシーバー8では、エミッター7の光学軸11は窓体5を通り、前記材5の外側にある集中点13で、また前記窓体5を通っている対応するレシーバー8の光学軸12を切断する。
光学エミッター7は赤または近赤外放射線を放出する発光ダイオードである。光学レシーバー8は上記放射線に敏感に反応する光ダイオードである。
各軸11とそれに対応するそれぞれの軸12によって形成される面Pはお互いに平行で、お互いから等距離であるのが望ましい。こうして、各対のエミッター7とレシーバー8は測定段を形成し、E1からEn(nは2以上の整数)の測定段は軸L−Lに沿って互い違いに配置されている。つまり、それらは基台2に対して少なくとも直交して積み重ねられている(図4参照)。
さらに、プローブIは電熱抵抗器14及び15を有し、それらはケーブル3を通って電流を供給される。
図4で示される通り、着霜Gが、基台2によってプローブIが固定または当てがわれている表面Sに形成すると、霜の下方にある(この例では、E1〜Eiの段であり、iはn以下の整数である)測定段のレシーバー8は、前記霜への反射によって各エミッター7から放出される光線を受け、対応する信号を出す。一方で霜の上方の(この例では、Ei+1〜Enの段である)測定段にあるレシーバー8は、それと連携するエミッター7から放出される光線を受けず、したがって不動態のままである。
したがって、着霜Gの厚さeを決定することは容易である。この厚さは、レシーバー8がこれと連携するエミッター7の光線を受ける最終段Eiの高さhiよりも大きく、そのレシーバー8がこれと連携するエミッター7の光線を受けない最初の段Ei+1の高さhi+1未満である。
測定中、加熱抵抗器14、15は、プローブIの周囲の霜の表面を融かすことができる。
図5及び6で示されるように、着霜Gの厚さを測定するために、表面Sに分布せられた複数のプローブIを、この表面Sの複数の場所で使用することが可能である。このように、表面S上の着霜の正確な形を決定することが可能である。
図7及び8の装置では、表面Sは上側17と下側18を連結する尖縁16を有する空気力学的表面の一部である。プローブIは、上側17から下側18まで、尖縁16の周囲に配置される。空気力学的表面Sは矢印Fで示される空気力学的流れにさらされる。そして前記プローブIは、この空気力学的流れの中に置かれる。以上のように、プローブIの窓体5は、図8の矢印fで示されるように空気力学的流れを横断するように向けられているのが望ましい。
図4〜8の実施例では、プローブIは表面Sに直接固定されるものと仮定している。図9では、プローブIは仮の支持台19に固定され、この支持台19は接着性パッド20によって表面Sに接着されて、支持台19と表面Sの間に中間空間21を形成し、この空間は、電気ケーブル3を通すのに有用である。徐々に形が変わる変形部22が、支持台19の周囲で、支持台19と表面Sとの間に設けられている。
Claims (13)
- 表面(S)、特に航空機の空気力学的表面上の着霜(G)の厚さを測定するプローブであって、前記表面(S)に当てがわれる基台(2)を備えていて、
前記基台(2)に対して、少なくとも実質的に直交して積み重ねられている複数の測定段(E1〜En)から成り、各測定段が、
・ 少なくとも一つのエミッター(7)であって、前記基台に対して少なくとも実質的に平行である光線を放出することができるものと、
・ 少なくとも一つのレシーバー(8)であって、前記霜に反射した後で上記光線を受け取ることができるものから成ることを特徴とするもの。 - 請求項1に記載のプローブであって、前記エミッター(7)が発光ダイオード型であることを特徴とするもの。
- 請求項1または2に記載のプローブであって、前記レシーバー(8)がフォトダイオード型であることを特徴とするもの。
- 請求項1〜3のうちの1項に記載のプローブであって、ケージング(1)から成り、そのケージングは前記基台(2)に固定され、前記複数の積み重ねられた測定段を囲み、そして、各測定段で、前記ケージングに、前記光線用の透明の窓体(5)が設けられていることを特徴とするもの。
- 請求項4に記載のプローブであって、すべての測定段に共通な一つの窓体(5)によって上記複数の窓が形成されていることを特徴とするもの。
- 請求項4または5のいずれかに記載のプローブであって、上記ケージング(1)が長円形の形をしていることを特徴とするもの。
- 請求項4〜6のうちの1項に記載のプローブであって、加熱手段(14、15)を備え、これが前記プローブの近辺の着霜の表面を融かすことができることを特徴とするもの。
- 表面の着霜の厚さを決定できる装置であって、請求項1〜7のいずれか1項に記載の記載されている複数のプローブを備え、これらのプローブは前記表面全体に分布せられていることを特徴とするもの。
- 請求項8に記載の装置であって、空気力学的流れにさらされる空気力学的表面で形成している着霜の厚さを決定するように意図されていて、請求項4で記載されているプローブを備えており、プローブの前記窓体(5)は前記空気力学的流れに対し横断するように向けられていることを特徴とするもの。
- 請求項9に記載の装置であって、空気力学的流れに配置された少なくとも一組のプローブを備えていることを特徴とするもの。
- 請求項10に記載の装置であって、前記一組のプローブが空気力学的表面(S)の尖縁(16)を囲んでいることを特徴とするもの。
- 請求項8〜11のうちの1項に記載の装置であって、前記プローブの基台(2)が前記表面(S)に直接固定されていることを特徴とするもの。
- 請求項8〜11のうちの1項に記載の装置であって、前記プローブの基台(2)が支持台に固定されていて、その支持台は一時的に前記表面(S)に接着され、これと平行で、前記表面(S)とで中間スペース(21)を形成することを特徴とするもの。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090105 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101026 |
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A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101201 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110104 |