JP2009214873A - 防氷／除氷のシステム及び方法、並びにこのシステムを組み込んだ航空機構造 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機の翼又はエンジンナセルのような、着氷する可能性のある構造の外面に対し超音波を使用する防氷／除氷のシステム及び方法と、このシステムを組み込んだこうした構造を提供する。
【解決手段】外面に対向して構造に備え付けられる複数の圧電変換器１０を備え、これらの変換器のグループの規則的な配置に関連してこの面に事前画定された基本メッシュ（ｉ，ｊ）の少なくとも１つのマトリクス１６を走査する手段を備え、これらの走査手段は、上記グループ又は各グループの変換器のすべて又はいくつかにより放出される波を、これらの走査手段に結合され、且つ各メッシュに対してこれらの波を放出している変換器から取得される信号の和を生成することができる、信号加算手段を介して、これらのメッシュに逐次集束させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、航空機の翼又はエンジンナセルのような、着氷する可能性のある構造の外面に対し超音波を使用する防氷／除氷システムと、このシステムを組み込んだ構造と、このシステムによって実施される防氷／除氷方法とに関する。

特に飛行機の翼、ヘリコプタのブレード又は航空機のエンジンナセルを除氷するために超音波を使用することが知られている。特許文献１の文書は、飛行機の翼の前縁の後方に配置された圧電変換器を用いて、この翼の構造の剛性に従って選択される動作周波数で、その部分の除氷を処理する装置及び方法について述べている。

特許文献２の文書からは、飛行機の翼の内側に組み込まれた変換器の２次元ネットワークを使用することも知られている。これらの変換器は、超音波を放出して、翼の着氷面の走査とこの面の縁によって反射される超音波の検出とを介して、この翼を覆っている氷の層の厚さを検出する。

独国特許出願公開第１０ ２００４ ０６０ ６７５号 国際公開第２００７／０９５９３５号

これらの航空機構造に対する既知の除氷システムの主な欠点は、特に、着氷を防止し且つ／又は各時点にこれらの構造の外面の関連する領域すべてを十分に除氷するために必要なエネルギー消費が、最適化されていないことにある。

本発明の１つの目的は、航空機の翼又はエンジンナセルのような、着氷する可能性のある構造の外面に対して超音波を使用する防氷システムを提案することであり、このシステムは、この面に面してその構造に備え付けられる複数の圧電変換器を備え、本システムは上記欠点を改善する。

この目的のために、本発明による防氷システムは、これらの変換器のグループの規則的な配置に関連してこの外面に事前画定された基本メッシュの少なくとも１つのマトリクスを走査する手段を備え、これらの走査手段は、上記グループ又は各グループの変換器のすべて又はいくつかにより放出される波を、これらの走査手段に結合されると共にこれらの波を放出している変換器から取得される信号の和を各メッシュに関して生成することができる信号加算手段を介して、これらのメッシュに逐次集束させることができる。

基本メッシュの上記マトリクス又は各マトリクスのこれらの加算手段及び走査手段により、エネルギー消費が既存の防氷／除氷システムに比較して大幅に低減して、氷から保護し且つ／又はこの構造を有効に除氷することが可能になる、ということが留意されよう。

有利には、本発明による防氷システムは、複数のこれらのマトリクスによって形成されるネットワークを備えることができ、マトリクスはそれぞれ、たとえばマトリクス毎に５００〜５０００の間の数で存在する多数のメッシュを備える。

本発明の別の特徴によれば、これらの加算手段は、各時点において、上記マトリクス又は各関連付けられるマトリクス内の上記グループ又は各グループの各変換器によって放出される各信号の波長及び位相を再計算することができる場合があり、それによりこれらの走査手段は、各メッシュに、結果として生じる波に対して最大振幅で放出される波の和を同期して集束させる。

本発明の別の特徴によれば、上記変換器は、有利には、上記構造の外面に対して反対側の内面又は内「皮」に取り付けることができる。変形形態として、変換器を、この構造内において、この構造に専用の箱体内に組み込んでもよい。

本発明の好ましい実施の形態によれば、メッシュの上記マトリクス又は各マトリクスに関連付けられる変換器の上記グループ又は各グループは、対応するマトリクスの外部の上記外面の２つの平行な周縁に面し且つ対向してそれぞれ配置される変換器の２つの列を備える。

任意選択的に、本発明のこの実施例によれば、上記変換器の列のそれぞれは、対応するマトリクスの方向において均一に離間された変換器の複数の対を備えることができ、各対の２つの変換器のうちの１つは、他方の変換器が故障した場合に当該他方の変換器に置き換わるように設計されている。

本発明の別の特徴によれば、上記グループ又は各グループの各変換器は、上記構造に収容することができるケーブルにより発電機によって給電されることが好都合であり、各メッシュに送出される波のパラメータを計算するように設計されているコンピュータに結合されるメモリに接続され、変換器のすべては、確定された走査シーケンスに従ってこれらの走査手段を制御することができる同一の電子管理装置に連結されている。

好ましくは、本発明によるシステムは、各走査シーケンスで使用される波を画定するために、上記管理装置に結合される上記外面の温度を測定する少なくとも１つの装置を備える。

また好ましくは、本発明によるシステムは、マトリクスのうちの１つから放出される上記波が他の隣接するマトリクスに伝播するのを少なくとも回避することができる音響減衰手段も備える。これらの減衰手段は、マトリクスの間に、それぞれ「Ｄｅｌｔａｎｅ」のような粘弾性エラストマに基づくことが好ましく、且つマトリクス間の境界に対向し、構造の上記外面に対して反対側の内面と、好ましくは金属である支持プレートとの間にそれぞれ配置される、隔離減衰ストリップを備えることができることが好都合である。

さらにより好ましくは、これらの減衰手段は、それぞれ「Ｄｅｌｔａｎｅ」のような粘弾性エラストマに基づくことが好ましく、且つ上記マトリクス又は各マトリクス及び関連付けられる変換器の両方を包囲する上記外面の周辺領域に対向して配置される、減衰ボーダも備えることができ、これらの減衰ボーダは、各マトリクスにおいて放出される上記波のエッジ効果による反射を回避することができる。

本発明の実施の形態によれば、変換器の上記グループ又は各グループは、特に上記マトリクス又は各マトリクスにおける着氷領域の存在を時間反転によって検出するために、上記波を放出及び受信することが連続的に可能である可逆変換器を含むことができることが好都合である。

本発明による防氷システムは、除氷システムとして使用することもでき、着氷領域の検出後に、時間反転により、エミッタとして動作している変換器のうちの少なくとも１つ及び受信器として動作している他の変換器によって、上記着氷領域を連続的に除氷することも可能であり、格納信号圧縮・反転手段に結合される放出信号格納手段を備え、上記走査手段は、これらの反転及び圧縮された信号を上記着氷領域に再集束させることができる。

一般的に、本発明による防氷／除氷システムにおいて使用される変換器のそれぞれは、セラミック材料に基づく多層圧電変換器とすることができることが好都合である。

本発明による航空機構造は、翼又はエンジンナセル面のような、外面で着氷する可能性があり、上記で定義したような防氷システムを組み込むことを特徴とする。

この航空機構造が飛行機の翼を形成する本発明の一実施例によれば、上記マトリクス又は各マトリクスに関連付けられる変換器の各グループは、このマトリクスの外部の上記外面の２つの平行な周縁に対向する上面側及び下面側にそれぞれ配置される変換器の２つの列を備えることが好都合であり、各列の変換器は、構造の長手方向に均一に離間され、２つのそれぞれ上面及び下面の電源集電装置に結合される。

本発明によれば、航空機の翼又はエンジンナセルのような、着氷する可能性のある構造の外面に対し超音波を使用する防氷方法であって、この外面に隣接して構造に備えられた複数の圧電変換器を使用し、当該方法は、
これらの変換器のグループの均一な配置に関連してこの外面に事前画定された基本メッシュの少なくとも１つのマトリクスに対する、変換器のすべて又は一部による進行波の放出と、
このマトリクスの各メッシュに対する、これらの波を放出する変換器から取得されると共に当該波を表す信号の加算と、
放出される、結果として生じる進行波をこれらのメッシュに逐次集束させるための、このマトリクスの少なくとも１回の走査と、
を含む。

換言すれば、上記マトリクス又は各マトリクスのメッシュのそれぞれは、関連付けられる変換器のグループを介して、より振幅が低いが、時点ｔにおいてメッシュ（ｉ，ｊ）に対して最大のエネルギーを引き起こし、その後時点ｔ＋１においてメッシュ（ｉ＋１，ｊ＋１）において最大のエネルギーを引き起こす等のように、各時点において再計算される波長及び位相を有する進行波を同期して送出することにより、逐次氷から保護される。この動作モードは、有利にはよりエネルギー集約的でない。

本発明の別の特徴によれば、上記マトリクス又は各マトリクスの各走査を、好ましくは１μｍ以上のこれらのメッシュに発生する変位に対応して、結果として生じる信号に対し最大総振幅でメッシュのそれぞれにおける振動エネルギーを最大化するように、各時点において上記信号の波長及び位相を再計算することにより、同期して実行することが可能である。

有利には、上記マトリクス又は各マトリクスの寸法及び各関連付けられるグループ内の変換器の数は、所望の最大走査期間に従って選択することが可能である。

好ましくは、変換器は、処理される上記マトリクス又は各マトリクスの各メッシュに対し集束される波の束を放出し、その周波数は、たとえば１００ｋＨｚ〜５ＭＨｚの間である。使用される各変換器は、構造の厚さに従って測定される、およそ半超音波波長である厚さを有することができることが好都合である。

また、好ましくは、上記外面の温度が、各変換器に対する走査シーケンスの波を選択するために測定される。

好ましくは、マトリクスの隣接する対の間で、当該対のうちの１つにおいて放出される波が、隣接するマトリクスに伝播しないように減衰され、且つ／又は、各マトリクスにおいて放出される波は、このマトリクス及び対応する変換器の周囲で、エッジ効果による反射を回避するように減衰される。

変形形態として、他方で、各マトリクス及び対応する変換器の周囲におけるエッジ効果による反射を用いて、定常波を生成することが可能である。

上記で示したように、有利には、各マトリクスの方向に均一に離間された変換器の対を提供することが可能であり、各対の２つの変換器のうちの１つは、他方の変換器が故障した場合に当該他方の変換器に置き換わるように使用される。これに関連して、当該防氷を使用する前（たとえば、飛行機の翼が氷から保護される場合、飛行機の離陸の前）に試験が実行され、これらの試験は、
上記マトリクス又は各マトリクスに関連付けられる変換器（Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の対に含まれる、試験される放出変換器（emitting transducer）Ｘ_ｔにより信号を放出することであって、対応するグループの全ての他の変換器Ｘ_ｋ（ｋはｔと異なる）は受信モードで使用される、放出すること、並びにこの場合、
受信モードにあるこれらの変換器Ｘ_ｋのうちの少なくとも１つがこの信号を受信しないかを、好ましくは時間反転技法を使用して受信モードにある変換器により放出元の位置特定を精緻化することによって、判断すること、及び
変換器Ｘ_ｋの故障により、当該防氷の実施を他の放出変換器Ｙ_ｋに切り替えること、
に存する。

本発明の別の特徴によれば、メッシュの又は各マトリクスに対して、時間反転技法により外面の除氷も実施することが可能であり、当該除氷は、
このマトリクスに関連付けられる放出モードで使用される少なくとも１つの変換器（Ｔ_１）に波を放出することであって、この波がこのマトリクスの氷形成点（Ｓ）によって引き起こされる特異点を通る、放出することにより、
この同じマトリクスに関連付けられると共に受信モードで使用される他の変換器（Ｔ_２〜Ｔ_６）のすべて又は一部により、この特異点を通ったこの波を表す信号を捕捉することにより、且つこの信号を内部メモリに格納することにより、及び
この信号を反転させると共に圧縮することであって、この反転及び圧縮された信号に対応する波を上記特異点に向かって再集束させ、氷の箇所をそれらが形成されるときに、それらの位置が特定された後に連続して除氷する、反転させると共に圧縮することにより、
実施される。

本発明の他の特徴、利点及び詳細は、限定しない例示として与えられている、本発明のいくつかの例示的な実施形態の以下の説明を読むことから明らかとなろう。前記説明を、添付図面に関連して行う。

着氷から保護されるか又は除氷される、航空機の翼構造の外面の領域を例として示す、航空機の翼構造の部分概略図である。 図１の構造の展開平面図であって、この領域の両側の且つそれに沿った２列の圧電変換器の本発明による配置もまた例示する図である。 図１及び図２の構造の部分概略断面図であって、特に構造の内面におけるこれらの変換器の本発明による取付を示す図である。 変換器のそれぞれに対する、本発明による防氷／除氷システムの主な構成要素間の機能的結合を示す簡易ブロック図である。 着氷から保護されるか又は除氷される上記領域の、図２のような展開部分概略図であり、それぞれが変換器のグループに関連付けられる基本メッシュのマトリクスへの、本発明によるその細分化を示す図である。 図５のマトリクスのうちの１つに関し、関連付けられるグループの変換器により本発明に従って放出される波の各メッシュに対する集束を示す概略図である。 図５のマトリクスのうちの１つに関し、時間反転技法による、除氷モードにおける本発明による防氷システム動作を示す概略図である。 図５のマトリクスのうちの１つに関し、変換器の対を介する、冗長モードにおける本発明による防氷システムの動作を示す概略図である。 本発明によるシステムが設けられる構造の断面部分概略図であって、１つのマトリクスから別のマトリクスに放出される波を音響的に減衰させる手段の、この構造の内面への取付を示す、図１の平面ＩＸ−ＩＸに沿った図である。

図１は、本発明による防氷／除氷システム４（図４に概略的に表している）を使用して、飛行機の翼又はヘリコプタのブレードのような、航空機の構造３の外面２における着氷から保護されるか又は除氷される領域１の形状の典型的な一例を示す。この領域１は、翼又はブレードの前縁線５をその長手方向対称軸とし、たとえば翼の上面６及び下面７にわたってこの軸の両側に延在している。

図２及び図３は、この領域１の両側、且つ構造３の処理されるその外面２に対して反対側の内面１１における、可逆圧電変換器１０（すなわち、防氷モードでは放出モードでのみ、又は除氷モードでは受信モードでも動作することができる変換器）の２つの列８及び９の本発明による好ましい配置を示している。各変換器１０は、厚さがおよそ半超音波波長である、最小限の寸法を呈するように設計される、好ましくはセラミック材料に基づく多層型である。

したがって、変換器のこれらの２つの列８及び９は、この例では構造３の長手方向において前縁線５に対して互いに対称的に配置されている。同一の列８、９から成る変換器１０は、対で、たとえば２０ｃｍ隔離されており、構造３の内側に（たとえば飛行機の翼又はヘリコプタのブレードの底部分に）位置する電源ケーブル（図示せず）によって給電される。構造３のサイズ、したがって変換器１０の数により、下面電源集電装置及び上面集電装置（不可視）を使用することを想定することが可能である。

図４に示すように、各変換器１０は、本質的に、一方では上述したケーブルを介して発電機１２に連結され、他方では、放出される波の性質を計算することができる計算アルゴリズムに結合された独立したメモリ１３（この独立したメモリ１３は、後述する時間反転技法を実施するのに使用される）に連結されている。さらに、変換器１０はすべて、共通の電子管理装置１４に連結されており、電子管理装置１４は、走査手段を制御して、これらの走査手段に結合されている信号加算手段を介して、変換器１０によって放出される波を、処理される領域１において事前画定されている基本単位（ｉ，ｊ）（図５及び図６参照）に集束させるのを可能にする。

さらに、本発明によるシステム４はまた、外面２の温度を測定する１つ又は複数の装置１５を有することが好都合である。それは、温度が、材料における波の伝播に影響を与えるためである。したがって、この／これらの装置（複数可）１５によって測定される温度は、各変換器１０に対して走査シーケンスの波を選択するための入力データを構成することができる。

図５に示すように、処理される領域１は、最初に基本メッシュ（ｉ，ｊ）の少なくとも１つのマトリクス１６（この図の非限定例では４つのマトリクス１６のみであるが、それより多いか又は少ないマトリクス１６を提供することが可能であることに留意されたい）に分割されており、したがって、メッシュは、その座標（ｉ，ｊ）によって識別され、ｉは１〜ｎの範囲の整数であり、ｊは１〜ｍまでの範囲の整数である。飛行機の翼又はヘリコプタのブレードの場合、この領域１は、たとえば、幅がおよそ２０ｃｍであり、長さが数メートルに及ぶ可能性があってもよい。したがって、上記マトリクス又は各マトリクス１６は、実質的に、構造３のものと対向する小さい表面積（たとえば１ｃｍ^２）のメッシュ（ｉ，ｊ）に細分される。列の数を示すためにｎを使用し、行の数を示すためにｍを使用する場合、ｎ個の列が前縁５に対して横切る方向に延在し、ｍ個の行が、この縁５に対して平行な方向に延在している。

したがって、ｎ×ｍメッシュ（ｉ，ｊ）は、長手方向においてマトリクス１６に、合わせてグループ化されていることが好都合であり、各マトリクス１６は、圧電変換器１０のグループに面して形成されており、圧電変換器１０のグループは、上述した２つの列８及び９のそれぞれの一部に細分されている。たとえば、各マトリクス１６は、１２００個のメッシュを有していてもよい（横方向に２０、又は２０ｃｍの幅にわたり、且つ長手方向に６０、又は６０ｃｍの幅にわたる）。したがって、こうしたもの、すなわち処理される領域１のこうしたマトリクス１６は、このマトリクス１６に直接面して配置されている変換器１０を通じてのみ氷から保護され、したがって、メッシュ（ｉ，ｊ）のマトリクス１６は、本発明による防氷／除氷システム４によって独立して処理される。

図６では、上記マトリクス又は各マトリクス１６がｘ個の変換器Ｔ_１〜Ｔ_６（この非限定例では６つの変換器、すなわち、上面側に３つの変換器Ｔ_１〜Ｔ_３、下面側に３つの他の変換器Ｔ_４〜Ｔ_６）の動作の範囲に位置しており、この図に示すように、上述した走査手段は、上記結合された信号加算手段を介して、対応するグループの変換器Ｔ_１〜Ｔ_６によって放出される波をこれらのメッシュ（ｉ，ｊ）に逐次集束させることにより、防氷モードでメッシュ（ｉ，ｊ）の上記マトリクス又は各マトリクス１６に対して走査シーケンスを実施することを可能にする。上記信号加算手段は、各メッシュ（ｉ，ｊ）に対して、これらの波を放出している変換器Ｔ_１〜Ｔ_６から得られる信号の和を生成するように設計されている。これらの加算手段は、各時点において、関連付けられるマトリクス１６内の各グループの各変換器Ｔ_１〜Ｔ_６によって放出される信号の波長及び位相を再計算するように設計されており、それにより、これらの走査手段は、結果として生じる波に対して最大振幅で放出される波の和を各メッシュ（ｉ，ｊ）に同期して集束させる。

ここで、たとえば２０×６０メッシュ（ｉ，ｊ）すなわち１２００メッシュのマトリクス１６を想定し、特に防氷モードで使用される本発明による防氷／除氷システム４を用いる、防氷方法の実施態様をより詳細に説明する。

これらの変換器Ｔ_１〜Ｔ_６を使用して、このマトリクス１６のすべての点において対応する面を各時点に除氷するために十分なエネルギーを有する波（定常波又は進行波）を送出することによって関連するマトリクス１６を氷から保護するのではなく、本発明により、これらの６つの変換器Ｔ_１〜Ｔ_６を介して、振幅がより小さいが、時点ｔにおいてメッシュ（ｉ，ｊ）に対し最大エネルギーを引き起し、その後、時点ｔ＋１においてメッシュ（ｉ＋１，ｊ＋１）に対し最大エネルギーを引き起こす等のように、各時点において再計算される波長及び位相を有する波を同期して送出することにより、マトリクス１６のメッシュ（ｉ，ｊ）のそれぞれを氷から逐次保護するように選択する。この動作モードにより、特に、よりエネルギー集約的でないという利点が得られる。

たとえば、４つの変換器（Ｔ_１〜Ｔ_４で示す）を使用してこれらの波を送出することによりメッシュ（ｉ，ｊ）を処理することが望まれる場合、
−ｌ_ｋを使用して、メッシュ（ｉ，ｊ）と変換器Ｔ_ｋとの間の距離を示し（図６にはｋ＝１の場合の距離ｌ_１を表している）、
−λ_ｋを使用して、変換器Ｔ_ｋによって送出される波の波長を示し（関連する材料における波の速度の関数、たとえば、チタン構造３においておよそ５０００ｍ／秒に等しい）、
−φ_ｋは、変換器Ｔ_ｋによって送出される波の位相を示し、Ａ_ｋはその最大振幅を示す。

振幅が（すべて同時に）最大である時点を取ると、経験により、ミクロン未満のメッシュ（ｉ，ｊ）において発生する変位のために、Ａ_ｋは防氷を確実にするために不十分であることが分かった。以下が適用される。

Ｕ_ｋ（ｘ，ｔ_ｏ）＝Ａ_ｋｃｏｓ（ｘ／λ_ｋ＋φ_ｋ）
（ｘは変換器Ｔ_ｋまでの距離である）。

メッシュ（ｉ，ｊ）における防氷状況に対する所望の状態は以下の式によって与えられる。すなわち、Ｅが整数部を表す場合に、時点ｔ_ｏにおけるすべてのｋに対し、
［ｌ_ｋ−φ_ｋλ_ｋ／２π］／λ_ｋ＝Ｅ（［ｌ_ｋ−φ_ｋλ_ｋ／２π］／λ_ｋ）
である。

したがって、メッシュ（ｉ，ｊ）において、得られる進行波の結果として生じる振幅Ｕ_ｉｊは、
Ｕ_ｉｊ＝Σ_ｋ Ａ_ｋ
であり、この時、振幅は、本発明の方法を使用して除氷を確実にするために十分である。

変換器Ｔ_ｋの位置決めと、メッシュ（ｉ，ｊ）の防氷を確実にするように送り込まれる波のパラメータ（振幅、波長、位相）とに従って、他のメッシュ（ｉ，ｊ）は非着氷状態にある可能性がある。

各変換器Ｔ_ｋによって送出され、すでに処理されるメッシュ（ｉ，ｊ）に集束された波の束を使用することが好ましい。これにより、消費する電気エネルギーをより少なくすることができる。

したがって、処理される領域１に対して選択される形状に従って、防氷走査シーケンスにより、走査期間を最適化することが可能になる。桁が理解されるように、本発明による各走査は約１ミリ秒続き、メッシュ（ｉ，ｊ）の各マトリクス１６の完全な走査の時間は１２００／１０００＝１．２秒未満であると推定することが可能である。この期間は、防氷モードにおける優れた動作を確実にするために可能な限り短い必要があるため、各マトリクス１６の寸法及び変換器Ｔ_ｋの数を、所望の最大走査期間に従って決めることができる。

圧電変換器Ｔ_ｋの限られた寿命を考慮すると、有利には、図８に示すように、これらの変換器Ｔ_ｋを、冗長性を持たせて使用するように選択することが可能である。上述した例示的な実施形態に比較すると、この場合、各変換器Ｔ_ｋの代りに、変換器Ｘ_ｋ及びＹ_ｋの対Ｃ_ｋが使用され、それらのうちの一方の変換器のみが動作する（したがって、図８は、図６の例に関して、変換器の６つの対、Ｃ_１（Ｘ_１、Ｙ_１）、Ｃ_２（Ｘ_２、Ｙ_２）、Ｃ_３（Ｘ_３、Ｙ_３）、Ｃ_４（Ｘ_４、Ｙ_４）、Ｃ_５（Ｘ_５、Ｙ_５）、及びＣ_６（Ｘ_６、Ｙ_６）を示している）。

したがって、本発明によるシステム４が稼働する前（たとえば各飛行機が離陸する前）、変換器Ｘ_ｔのうちの１つを用いて任意の信号を放出し、他の全ての変換器Ｘ_ｋ（ｋはｔと異なる）が受信モードであるようにすることにより、試験段階を使用することが可能である。受信モードにある変換器のいずれもが信号を受信しない場合、変換器Ｘ_ｔは故障したと明言されることになり、本発明によるシステム４は、防氷のために変換器Ｃ_ｔの対の他方の変換器Ｙ_ｔに切り替わる。時間反転技法（除氷部において後述する）を使用して、受信モードにある変換器によりソースＳの位置特定を精緻化することができる。

稼働すると、電気エネルギー消費を制限し変換器Ｔ_ｋの寿命を保つために、有利には、本発明によるシステム４を着氷状態においてのみ従事させるように選択することが可能である。この目的のために、より少ない数の変換器Ｔ_ｋ及び／又は時間反転技法に従って動作する専用変換器（より弱いエネルギーを発生する）を使用することにより、検出モードでこのシステム４を使用することが可能である。したがって、定期的な氷存在試験を実行することができる。専用ネットワークを用いて氷の存在を監視する利点は、防氷変換器Ｔ_ｋの寿命を保つということである。

図５及び図９に示すように、隣接するメッシュ（ｉ，ｊ）のマトリクス１６は、音響減衰手段１７、１８によって互いから分離されていることが好都合である。音響減衰手段１７、１８は、少なくとも、マトリクス１６間の波の伝播を回避することができ、「Ｄｅｌｔａｎｅ」のような粘弾性エラストマに基づく減衰ストリップ１７を含む。これらの減衰ストリップ１７は、マトリクス１６間の境界に対向して、構造３の処理されるべき外面２に対して反対側の内面１１と、たとえばチタンからなる金属支持プレート１９との間に、それぞれ配置されている。２．５ｍｍ厚さの構造の場合、各「Ｄｅｌｔａｎｅ」減衰ストリップ１７の厚さａは、たとえば０．５ｍｍ厚さであり、チタン支持プレート１９の厚さｂもまた、たとえば０．５ｍｍである。このように、マトリクス１６は、本発明による防氷又は除氷を実施する場合、互いに独立して管理される。

好ましくは、これらの減衰手段１７、１８はまた、ボーダ１８（図５に可視）も含み、それらもまた、「Ｄｅｌｔａｎｅ」のような粘弾性エラストマに基づき、処理される領域１の、マトリクス１６及び変換器１０の両方を包囲する周辺領域に対向して配置されている。これらの減衰ボーダ１８は、各マトリクス１６において放出される波のエッジ効果による反射を回避するように設計されている。したがって、各マトリクス１６内の防氷波の管理を簡略化することが可能である。

一変形として、逆に、各マトリクス１６及び対応する変換器１０の周囲におけるエッジ効果による反射を使用して、その中に定常波を生成することが可能である。

本発明の重要な特徴によれば、防氷モードで間に合わせるために、過度な着氷の場合に、防氷システム４を使用して航空機構造３の外面２を除氷することも可能である。この場合、除氷モードは、時間反転技法を有利に実施することによって選択される。上述した防氷モードとは異なり、ここでの目的は、氷形成点の位置を特定し、それらが現れるときに処理することである。

図７を参照すると、時間反転原理は、超音波の多モード且つ分散的な性質に基づく。それは、ソースＳから来る信号を「リスンする」こと、圧電変換器Ｔ_ｋを用いてこれらの信号を捕捉すること、及びそれらを内部メモリに格納することから成る。そして、これらの信号を、反転させ（すなわち、時間的順序が逆という意味で）、反転後に再放出することができる。このように反転され再放出された波は、出て行った時と同じ経路を使用して戻り、ソース点Ｓに再集束されることが分かる。これには、可逆変換器Ｔ_ｋ、すなわち受信モード及び放出モードで連続的に機能することができる変換器を使用する必要がある。時間反転は、放出の場所による応答の一意性に基づく。さらに、エネルギーをこのソース点Ｓに集中させるために、受信波を再放出する前に圧縮するよう選択することが好都合である。したがって、時間反転を利用して、先に「高周波の音波が当てられた（isonified）」面の音響学的特性のマップを生成することができる。

したがって、本発明によるシステム４の除氷モードにおける動作は以下の通りである。
−メッシュ（ｉ，ｊ）の上記マトリクス又は各マトリクス１６において、エミッタとして作用する１つ又は複数の変換器（複数可）Ｔ_１が超音波を放出し、
−この波が、構造３の処理される外面２の氷の局所蓄積によって引き起こされる特異点Ｓの経路を「横断」し、
−このマトリクス１６の他の変換器Ｔ_２〜Ｔ_６が、次に受信モードで動作し、この波から発生している信号を受信し、
−この受信信号が反転され圧縮されて特異点Ｓに戻り、十分に再集束されるエネルギーにより、構造３から氷を有効に除くことが可能になる。

ここでまた、本発明によるシステム４により、既存の除氷システムに比較して、除氷モードにおいてエネルギー消費を低減することも可能になるということが留意される。

Claims (29)

1. 航空機の翼又はエンジンナセルのような、着氷する可能性のある構造（３）の外面（２）に対し超音波を使用する防氷システム（４）であって、
   この外面に面して前記構造に備え付けられる複数の圧電変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）を備え、
   該システムは、これらの変換器のグループの規則的な配置に関連してこの面に事前画定された基本メッシュ（ｉ，ｊ）の少なくとも１つのマトリクス（１６）を走査する走査手段を備え、
   これらの走査手段は、前記グループ又は各グループの前記変換器のすべて又はいくつかにより放出される前記波を、これらの走査手段に結合されると共にこれらの波を放出している前記変換器から取得される信号の和を各メッシュに対して生成することができる信号加算手段を介して、これらのメッシュに逐次集束させることができることを特徴とする、防氷システム。
2. 前記防氷システム（４）であって、これらの加算手段は、各時点において、前記マトリクス又は各関連付けられるマトリクス（１６）内の前記グループ又は各グループの各変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）によって放出される各信号の波長及び位相を再計算することができ、それによりこれらの走査手段は、各メッシュ（ｉ，ｊ）に、結果として生じる波に対して最大振幅で放出される前記波の和を同期して集束させることを特徴とする、請求項１に記載の防氷システム。
3. 前記防氷システム（４）であって、前記変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）は、前記構造（３）の前記外面（２）に対して反対側の内面（１１）に取り付けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の防氷システム。
4. 前記防氷システム（４）であって、メッシュ（ｉ，ｊ）の前記マトリクス又は各マトリクス（１６）に関連付けられる変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の前記グループ又は各グループは、前記対応するマトリクスの外部の前記外面（２）の２つの平行な周縁に面し且つ対向してそれぞれ配置される変換器の２つの列（８及び９）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の防氷システム。
5. 前記防氷システム（４）であって、前記変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の列（８、９）のそれぞれは、前記対応するマトリクス（１６）の方向において均一に離間された変換器の複数の対（Ｃ_ｋ）を備え、各対の２つの変換器のうちの１つ（Ｙ_ｋ）は、他方の変換器（Ｘ_ｋ）が故障した場合に該他方の変換器（Ｘ_ｋ）に置き換わるように設計されていることを特徴とする、請求項４に記載の防氷システム。
6. 前記防氷システム（４）であって、前記グループ又は各グループの各変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）は、前記構造（３）に収容されているケーブルにより発電機（１２）によって給電され、各メッシュ（ｉ，ｊ）に送出される前記波のパラメータを計算するように設計されているコンピュータに結合されるメモリ（１３）に接続され、前記変換器のすべては、確定された走査シーケンスに従ってこれらの走査手段を制御することができる同一の電子管理装置（１４）に連結されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の防氷システム。
7. 前記防氷システム（４）であって、各走査シーケンスで使用される波を画定するために、前記管理装置（１４）に結合される前記外面（２）の温度を測定する少なくとも１つの装置（１５）を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の防氷システム。
8. 前記防氷システム（４）であって、前記マトリクス（１６）のうちの１つから放出される前記波が他の隣接するマトリクスに伝播するのを少なくとも回避することができる音響減衰手段（１７、１８）も備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の防氷システム。
9. 前記防氷システム（４）であって、前記減衰手段（１７、１８）は、前記マトリクス（１６）の間に、それぞれ「Ｄｅｌｔａｎｅ」のような粘弾性エラストマに基づくことが好ましく、且つ前記マトリクス間の境界に対向し、前記構造（３）の前記外面（２）に対して反対側の内面（１１）と、好ましくは金属である支持プレート（１９）との間にそれぞれ配置される、隔離減衰ストリップ（１７）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の防氷システム。
10. 前記防氷システム（４）であって、前記減衰手段（１７、１８）は、それぞれ前記「Ｄｅｌｔａｎｅ」のような粘弾性エラストマに基づくことが好ましく、且つ前記マトリクス又は各マトリクス（１６）及び関連付けられる変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の両方を包囲する前記外面（２）の周辺領域に対向して配置される、減衰ボーダ（１８）も備え、これらの減衰ボーダは、各マトリクスにおいて放出される前記波のエッジ効果による反射を回避することができることを特徴とする、請求項９に記載の防氷システム。
11. 前記防氷システム（４）であって、変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の前記グループ又は各グループは、特に前記マトリクス又は各マトリクス（１６）における着氷領域（Ｓ）の存在を時間反転によって検出するために、前記波を放出及び受信することが連続的に可能である可逆変換器を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の防氷システム。
12. 前記防氷システム（４）であって、前記着氷領域（Ｓ）の検出後に、時間反転により、エミッタとして動作している前記変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）のうちの少なくとも１つ及び受信器として動作している他の変換器によって、前記着氷領域（Ｓ）を連続的に除氷することも可能であり、格納信号圧縮・反転手段に結合される放出信号格納手段を備え、前記走査手段は、これらの反転及び圧縮された信号を前記着氷領域に再集束させることができることを特徴とする、請求項１１に記載の防氷システム。
13. 前記防氷システム（４）であって、前記変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）のそれぞれは、セラミック材料に基づく多層圧電変換器であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の防氷システム。
14. 前記防氷システム（４）であって、それぞれが多数の前記メッシュ（ｉ，ｊ）を備える複数のマトリクス（１６）によって形成されるネットワークを備え、前記メッシュ（ｉ，ｊ）は、たとえば各マトリクスに５００〜５０００の間の数で存在することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の防氷システム。
15. 翼又はエンジンナセル面のような、外面（２）で着氷する可能性のある航空機構造（３）であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の防氷システム（４）を組み込むことを特徴とする、航空機構造。
16. 請求項１５による飛行機の翼を形成する航空機構造（３）であって、前記マトリクス又は各マトリクス（１６）に関連付けられる変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の各グループは、このマトリクスの外部の前記面（２）の２つの平行な周縁に対向する上面（６）側及び下面（７）側にそれぞれ配置される変換器の２つの列（８及び９）を備え、各列の前記変換器は、該構造の長手方向に均一に離間され、２つのそれぞれ上面及び下面の電源集電装置に結合されることを特徴とする、航空機構造。
17. 航空機の翼又はエンジンナセルのような、着氷する可能性のある構造（３）の外面（２）に対し超音波を使用する防氷方法であって、この外面に隣接して前記構造に備えられた複数の圧電変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）を使用し、なお、該方法は、主に、
    これらの変換器のグループの均一な配置に関連してこの外面に事前画定された基本メッシュ（ｉ，ｊ）の少なくとも１つのマトリクスに対する、前記変換器のすべて又は一部による進行波の放出と、
    このマトリクスの各メッシュに対する、これらの波を放出する前記変換器から取得されると共に該波を表す信号の加算と、
    放出される、結果として生じる前記進行波をこれらのメッシュに逐次集束させるための、このマトリクスの少なくとも１回の走査と、
    を含むことを特徴とする、防氷方法。
18. 前記マトリクス又は各マトリクス（１６）の各走査は、好ましくは１μｍ以上のこれらのメッシュに発生する変位に対応して、前記結果として生じる信号に対し最大総振幅で前記メッシュ（ｉ，ｊ）のそれぞれにおける振動エネルギーを最大化するように、各時点において前記信号の波長及び位相を再計算することにより、同期して実行されることを特徴とする、請求項１７に記載の防氷方法。
19. 前記マトリクス又は各マトリクス（１６）の寸法及び各関連付けられるグループ内の前記変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の数は、所望の最大走査期間に従って選択されることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の防氷方法。
20. 前記変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）は、処理される前記マトリクス又は各マトリクス（１６）の各メッシュ（ｉ，ｊ）に収束される波の束を放出し、該波の周波数は１００ｋＨｚ〜５ＭＨｚの間であることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の防氷方法。
21. 前記外面（２）の温度が、各変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）に対する前記走査シーケンスの前記波を選択するために測定されることを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の防氷方法。
22. 複数の前記マトリクス（１６）は、前記外面（２）に画定され、それぞれ、たとえばマトリクス毎に５００〜５０００の間の数で存在する多数のメッシュ（ｉ，ｊ）を備えることを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の防氷方法。
23. マトリクス（１６）の隣接する対の間で、該対のうちの１つにおいて放出される前記波が、前記隣接するマトリクスに伝播しないように減衰されることを特徴とする、請求項２２に記載の防氷方法。
24. 各マトリクス（１６）において放出される前記波は、このマトリクス及び対応する変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の周囲で、エッジ効果による反射を回避するように減衰されることを特徴とする、請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の防氷方法。
25. 各マトリクス（１６）及び対応する変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の周囲におけるエッジ効果による前記反射を用いて、定常波が生成されることを特徴とする、請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の防氷方法。
26. 前記対応するマトリクス（１６）の方向に均一に離間された変換器（Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の対（Ｃ_ｋ）が提供され、各対の２つの変換器のうちの１つは、他方の変換器が故障した場合に該他方の変換器に置き換わるように使用されることを特徴とする、請求項１７〜２５のいずれか１項に記載の防氷方法。
27. 前記防氷を実施する前に試験が実行され、該試験は、
    前記マトリクス又は各マトリクスに関連付けられる変換器（Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）の対（Ｃ_ｋ）に含まれる、試験される放出変換器により信号を放出することであって、前記対応するグループの他の全ての変換器は受信モードで使用される、放出すること、並びにこの場合、
    受信モードにあるこれらの変換器（Ｘ_ｋ）のうちの少なくとも１つがこの信号を受信しないかを、好ましくは時間反転技法を使用して受信モードにある前記変換器により前記放出元の位置特定を精緻化することによって、判断すること、及び
    前記変換器（Ｘ_ｋ）の故障により、前記防氷の実施を他の放出変換器（Ｙ_ｋ）に切り替えること、
    に存することを特徴とする、請求項２６に記載の防氷方法。
28. メッシュ（ｉ，ｊ）の前記マトリクス又は各マトリクス（１６）に対して、前記時間反転技法により前記外面（２）の除氷も実施され、該除氷は、
    前記マトリクス又は各マトリクスに関連付けられる放出モードで使用される少なくとも１つの変換器（Ｔ_１）に波を放出することであって、この波がこのマトリクスの氷形成点（Ｓ）によって引き起こされる特異点を通る、放出することにより、
    この同じマトリクスに関連付けられると共に受信モードで使用される他の変換器（Ｔ_２〜Ｔ_６）のすべて又は一部により、この特異点を通ったこの波を表す信号を捕捉すると共に、この信号を内部メモリに格納することにより、及び
    この信号を反転させると共に圧縮することであって、この反転及び圧縮された信号に対応する前記波を前記特異点に向かって再集束させ、氷の箇所をそれらが形成されるときに、それらの位置が特定された後に連続して除氷する、反転させると共に圧縮することにより、
    実施されることを特徴とする、請求項１７〜２７のいずれか１項に記載の防氷方法。
29. 前記変換器（１０、Ｔ_ｋ、Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ）のそれぞれは、前記構造（３）の厚さの方向に測定される、およそ半超音波波長の厚さを有することを特徴とする、請求項１７〜２８のいずれか１項に記載の防氷方法。

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