JP2011093521A - 伝熱隔離台を備える氷結予測プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の乾式熱センサにおける課題等を解決する伝熱型氷結状態検出器を提供する。
【解決手段】氷結状態検出システムでは、回路１２２が、単一素子検出部１０２の電力消費の関数として、予測される氷結状態を表す出力を提供する。伝熱隔離台１０６は、単一素子検出部１０２を支持する検出部支持端部と、反対側の支柱取り付け端部とを含む。伝熱隔離制御部は、伝熱隔離台温度を制御して、単一素子検出部１０２を支柱取り付け端部から熱的に隔離する。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に航空機搭載の伝熱型の氷結状態検出器に関する。

航空機用の伝熱型氷結状態検出器は種々の形式のものが周知である。伝熱型氷結状態検出器は、水と氷とを含む大気状態にさらされる「湿式」（"wet"）熱センサと、氷結からは保護される「乾式」（"dry"）熱センサとを含むことが典型的である。氷結からの保護には、「乾式」熱センサを水と氷から隔離するための複雑な内部プローブ通路を利用することが典型的である。内部通路は作成が高価となり、検査が困難であり、使用中にゴミが詰まってしまうことがあり、洗浄が困難である。

本発明の実施形態により、これらや他の課題が解決され、従来技術を越える他の利点が得られる。

氷結状態検出システムが開示される。氷結状態検出システムは単一素子検出部を備える。氷結状態検出システムは、単一素子検出部の電力消費の関数として、予測される氷結状態を表す出力を与える回路を備える。

氷結状態検出システムは伝熱隔離台を備える。伝熱隔離台は、単一素子検出部を支持する検出部支持端部を含む。伝熱隔離台は、反対側の支柱取り付け端部を含む。

氷結状態検出システムは、伝熱隔離制御部を備える。伝熱隔離制御部は、伝熱隔離台温度を制御して、支柱取り付け端部から単一素子検出部を熱的に隔離する。

他の特徴および効用は、以下の詳細な説明を読み図面を確認することにより、明らかになる。

伝熱型氷結状態プローブを示す図である。 検出部と伝熱隔離台とのアセンブリを示す図である。 検出部と伝熱隔離台との、ステップ部を備えるアセンブリを示す図である。 伝熱隔離台温度の温度調整範囲のグラフである。 検出部の対称な円筒型外部表面と迎え角とを示す図である。 温度制御検出回路のブロック図の例である。 温度制御回路の別実施形態の例を示す図である。 温度制御回路の別実施形態の例を示す図である。 温度制御回路の別実施形態の例を示す図である。 電流制御部の別実施形態の例を示す図である。 電流制御部の別実施形態の例を示す図である。 電流制御部の別実施形態の例を示す図である。 バイポーラ接合トランジスタを含む電流制御部を示す図である。 コンピュータのブロック図である。 第１のプローブの斜視図である。 第２のプローブの斜視図である。 伝熱型氷結状態プローブの別実施形態を示す図である。

以下に説明する実施形態では、氷結状態検出システムは、単一素子の伝熱型氷結状態検出部を支持する伝熱隔離台を含む。検出部は周囲温度を超える温度まで加熱され、伝熱隔離制御部は、単一素子検出部の温度に等しくなるよう、伝熱隔離台の温度を制御する。検出部と伝熱隔離台とが同じ温度となるので、検出器と伝熱隔離台との間に熱流は存在しない。このため、単一素子伝熱型検出器からの電力消費量の値が、取り付け支柱からの、伝熱隔離台を流れてきた熱流によって乱されることがない。取り付け支柱は、氷結しない状態を保つようにするため、加熱される。単一素子検出部は、取り付け支柱から熱的に隔離される。

氷結状態検出システムに対して、他の航空機センサからの大気データが提供されることで、氷結状態検出システムには「乾式」大気センサが全く必要なくなる。氷結状態検出システムは、予測される氷結状態を検知し、氷結が実際に発生する前に氷結を警告する出力を提供する。予測される氷結状態は、大気中の水分の存在、対気速度、大気温度又は全外気温度といったようなその他の大気状態を含む。

図１に、予測される氷結状態及び現時点での実際の氷結状態を検出するのに便利な、氷結状態プローブ１００を示す。氷結状態プローブ１００は、検出部１０２、支柱１０４及び伝熱隔離台１０６を備える。検出部１０２と伝熱隔離台１０６とは、図２により詳細に示すアセンブリ１０８の一部分である。支柱１０４は、航空機外板１１４に取り付けるよう構成されている、支柱台１１０を備える。

一実施形態では、支柱台１１０は図示するように、ネジを取り付ける穴がある円状のフランジを備える。支柱１０４は、電圧が加えられる支柱加熱器１１２を備える。支柱加熱器１１２は、支柱１０４が氷結しないように、支柱１０４を充分に高温に保つ。支柱１０４と伝熱隔離台１０６とによって、航空機外板１１４に沿った境界層流の外側に、検出部１０２が位置するようになる。検出部１０２を通過する空気は境界層流によって乱されていない。

伝熱隔離台１０６は支柱１０４に取り付けられている。伝熱隔離台１０６は検出部１０２を空気流１２８の中に支持する。検出部１０２は空気流１２８の対流特性の影響下にある。伝熱隔離台１０６は検出部１０２の温度となるよう動的に維持され、これにより加熱されている支柱１０４の温度変動から検出部１０２を熱的に隔離する。検出部１０２と伝熱隔離台１０６とを能動的に加熱することで、検出部１０２と台１０６とに氷が張り付かないように、検出部１０２と伝熱隔離台１０６とを防氷することができる。

伝熱隔離台１０６は熱伝導性を有するが、加熱を能動的に制御することで、検出部１０２に対してはあたかも断熱材であるかのように振る舞う。閉ループ制御によって検出部１０２と同じ温度になるように台１０６は動的に加熱されているため、検出部１０２と台１０６との間には基本的に熱流はない。

一実施形態では、電子機器ハウジング１１６が支柱台１１０の下面に取り付けられる。電子機器ハウジング１１６はパワーフィルタ回路１１８と、パワーレギュレータ回路１２０と、制御検出回路１２２とを取り囲んでいる。電力は電力ライン１２６に沿って氷結状態プローブに提供される。

制御検出回路１２２は、検出部１０２と伝熱隔離台１０６との中にある抵抗型検知素子に接続する。制御検出回路１２２は抵抗型検知素子に電圧を加え、抵抗型検知素子の抵抗を検出する。抵抗型検知素子については、以下に図２と共に詳述する。

制御検出回路１２２はプローブ出力１２４を出力する。プローブ出力１２４は検出部の電力消費の関数であり、水分や氷を含みうる空気流１２８の予測される氷結状態を示すものである。プローブ出力１２４とプローブ電力ライン１２６とは標準コネクタ１２７で航空機の配線系に接続される。航空機の配線系は、ライン１２５により他の航空機センサからの大気データをプローブ１００に提供する。プローブでは、対気速度と気温とに対する大気データを拠り所として、補償を行う。

プローブ１００はいかなる種類の「乾燥空気」("dry air")用の変換器をも有しない。一実施形態では、標準コネクタ１２７は航空機の配線系にARINCインタフェースを提供する。別の一実施形態では、標準コネクタ１２７は航空機の配線系にCANBUSインタフェースを提供する。

図２に、図１のアセンブリ１０８をより詳細に示す。図２に示すように、アセンブリは、アルミニウム合金又は銅合金といったような熱伝導性を有する金属合金で形成される外側ハウジング１４０を含む。

アセンブリ１０８は、検出部１０２内に第１の抵抗型検知素子１４２を含む。第１の抵抗型検知素子１４２は導線１４４、１４６の電流で電力供給され、加熱されることによって調整された検出部温度を維持される。第１の抵抗型検知素子１４２は、また導線１４４、１４６上に、気流内での予測される氷結状態を示す検出部の電力消費を表すプローブ出力電圧を出力する。

一実施形態では、第１の抵抗型検知素子１４２はプラチナ抵抗式温度計を備える。別の一実施形態では、第１の抵抗型検知素子１４２は長さ方向に沿って均一に熱を発生し、調整された検出部温度が検出部１０２の長さ方向に沿って確実に均一となるようにする。検出部１０２は、迎え角(angle of attack；AOA)に影響されないように円対称となっている、直円柱を備える外部表面を有する。

伝熱隔離台１０６は第２の抵抗型検知素子１５０を含む。第２の抵抗型検知素子１５０は電力供給を受けて、以下に図４を用いて詳述する、調整された温度範囲内にある調整された検出部温度に等しい温度に、調整された伝熱隔離台の温度を維持するようにする。第２の抵抗型検知素子１５０は導線１４５、１４６からの電流により電力供給を受け、加熱され、調整された台の温度を維持する。第２の抵抗型検知素子１５０は、また導線１４５、１４６上に台の電力消費と温度とを表しているプローブ出力電圧を出力する。

一実施形態では、第２の抵抗型検知素子１５０はプラチナ抵抗式温度計を備える。別の一実施形態では、第２の抵抗型検知素子は長さ方向に沿って均一に熱を発生し、調整された検出部温度が検出部の台１０６の長さ方向に沿って確実に均一となるようにする。台１０６は、迎え角(angle of attack；AOA)に影響されないように円対称となっている、直円柱を備える外部表面を有する。

アセンブリ１０８は、円錐状に先細り形状（テーパ形状）となった部分１５２を有し、当該部分は支柱１０４のボディ部に対して押しつけられて密封されている。一実施形態では、Ｏリング又はその他の周知のシーリング材が、円錐状に先細り形状となった部分１５２と支柱１０４のボディ部との間に圧着され、防水密封を形成する。

アセンブリ１０８は、支柱１０４のボディ部の内部に形状が適合する環状フランジ１５４を備える。外側がネジ状になった座金１０９（図１）は支柱１０４の内壁に係合するネジを有する。座金１０９は環状フランジ１５４に押しつけてネジ回転させて進めることで、しっかり固定して取り付けることができる。ネジ状の座金１０９は取り外し可能であり、これによってアセンブリ１０８は交換可能となる。一実施形態では、１つ又はそれより多数の押しつけ座金が、環状フランジ１５４と外側がネジ状になった座金１０９との間に配置される。

図３に、アセンブリ１０８と同様ではあるが、次の点で異なるアセンブリ１０３を示す。異なる点とはすなわち、アセンブリ１０３は、小さい直径の検出部１０２と大きい直径の伝熱隔離台１０６との間にステップ部１６０を備える。他の点では、図３に示すアセンブリ１０３は図２に示すアセンブリ１０８と同様である。簡潔に説明するため、図３で用いている参照番号は図２で用いているのと同一の参照番号である。

図４に、調整された検出部温度と伝熱隔離台温度とを調整する例のグラフを示す。図４では、縦軸２００は温度を表し、横軸２０２は時間を表す。

線２０４は、図１の空気流１２８といったような気流の温度を表している。気流の温度はプローブ１００によっては検知されない。気流の温度は、１つ又はそれより多数の大気データセンサで検知されて、大気データとしてプローブ１００に提供される。気流の温度は、図１のライン１２５により電気信号としてプローブ１００に伝達される。

線２０６は調整された検出部温度を表している。図４に示す例では、調整された検出部温度は温度オフセット２０８だけ気流の温度よりも高くなるように調整されている。一実施形態では、温度オフセットは固定値の温度差である。別の一実施形態では、固定値の温度差は＋８０摂氏度だけ（図１のライン１２５で受信する）全大気温度(TAT)を越えている。

伝熱隔離台１０６の温度の調整範囲２１０の例が、図４に破線２１２、２１４で示されている。伝熱隔離台１０６の温度は、公称値で検出部温度２０６に等しくなるよう調整される。しかしながら、変動する稼働条件に渡って調整が安定的に行われることを確実にするために、小さい調整範囲２１０がある。一実施形態では、調整範囲２１０は摂氏５度未満である。検出部と伝熱隔離台との温度調整は、以下に図６−１３を用いて詳述する。

図５に示すように、検出部１０２は、プローブの前方軸１２９（図１、５）の横軸となる主軸１７０を有する、概ね円形の円柱状外部表面１７６を備える。気流の方向１７２は、主軸に対して、気流の迎え角１７４(AOA)の範囲に渡る横軸方向（transverse）にとどまる。概ね円形の円柱状外部表面１７６は対称であり、迎え角１７４の変化に影響されない対流熱流を気流に伝達する。

図６に制御検出回路３００（図１の制御検出回路１２２に対応）のブロック図の例を示す。パワーレギュレータ３０２（図１のパワーレギュレータ１２０などに対応）は一つまたはそれより多数の調整された電源電圧３０４を出力し、制御検出回路３００に電圧を加える。制御検出回路３００は、航空機の他の位置に取り付けられた１つ又はそれより多数の大気データセンサ３２２より、大気データ３２０を受信する。

制御検出回路３００は、検出部温度Ｔ１を有する検出部の中にある第１の抵抗型検知素子３０６に接続する。制御検出回路３００は、伝熱隔離台温度Ｔ２を有する伝熱隔離台の中にある第２の抵抗型検知素子３０８に接続する。素子３０６及び３０８は、図２又は３のアセンブリ１０８又は１０３に対応するアセンブリ３１０の中にある。

アセンブリ３１０は、支柱温度Ｔ３を有する支柱３１２に取り付けられている。支柱３１２は、パワーレギュレータ３０２から電圧を受ける防氷加熱器３１４を備える。支柱３１２は航空機外板３１６に取り付けられている。

制御検出回路３００は、予測される氷結状態出力３１８を生成する。予測される氷結状態出力３１８は、航空機の航空電子工学システムに入力して、パイロットに氷結状態が発生しようとしていることを警告する、又は／及び航空機の防氷システムを起動する。一実施形態では、大気データ３２０と予測される氷結状態出力３１８とは、データバスを介して航空電子工学システムに入力する。別実施形態では、当該データはCANBUS又はARINICバスプロトコルを利用するバスを備える。

回路３００は、第１の抵抗型検知素子３０６に制御電圧Ｖ（３５２）を与える検出部温度制御部３２６を備える。検出部温度制御部３２６は検出部設定点電圧３２８を設定点入力部（SETPT）にてコンピュータ３３０より受信する。一実施形態では、検出部設定点３２８は全大気温度（大気データセンサ３２２より取得）にオフセットである摂氏８０度を足したものに対応する。

検出部温度制御部３２６は、検知した検出部素子電圧Vwet（３３１）をフィードバック入力部（ＦＢ）にて受信する。検出部温度制御部３２６は制御電圧Ｖ（３５２）を、検出部設定点電圧３２８と検知した検出部素子電圧Vwet（３３１）との関数として制御する。検出部温度制御部３２６は、電圧Vwet（３３１）が検出部温度制御部３２６の調整範囲内の検出部設定点電圧３２８に等しくなるまで、電圧V（３５２）を上昇させる。

回路３００は、制御電流Ｉ１（３５４）を第２の抵抗型検知素子３０８に提供する隔離温度制御部３４６を備える。隔離温度制御部３４６は、検知した検出部素子電圧Vwet（３３１）を設定点入力部（SETPT）にて受信する。隔離温度制御部３４６は、検知した隔離素子電圧Viso（３５０）をフィードバック入力部（ＦＢ）にて受信する。隔離温度制御部３４６は制御電流Ｉ１（３５４）を、検出部素子電圧Vwet（３３１）と検知した隔離素子電圧Viso（３５０）との関数として制御する。

隔離台温度T2は、（図４で上記説明したように）調整された温度範囲内にある検出部温度T1に等しくなるように制御される。温度T1、T2は等しい又は殆ど等しいため、検出部素子３０６と隔離台素子３０８との間に正味の熱流は実質的に存在しない。隔離温度制御部３４６はこうして、検出部素子３０６の伝熱隔離の能動的な電子制御を行う。検出部素子３０６は、加熱された支柱３１２がより高温であることによる熱的な攪乱を受けることがない。隔離素子３０８は、検出部素子３０６と実質的に同じ温度となるよう制御される。

コンピュータ３３０は、検出部電力回路３５６を備える。検出部電力回路３５６は、制御電圧V（３５２）と電圧Vwet（３３１）とを受け取る。検出部電力回路３５６は、第１の抵抗型検知素子（検出部素子）３０６の電力消費を表している出力３５８を出力する。検出部電力回路３５６については、図１４に示す例を用いて以下で詳述する。

コンピュータ３３０は、検出部設定点電圧３２８を生成するために用いられる検出部温度オフセット値３６０を保存しいている。コンピュータは乾燥空気電力データ３６２を保存している。当該データ３６２は、航空機搭載の他のセンサより入手される、（全温度(total air temperature; TAT)といったような）大気温度と対気速度とを含む大気データ３２０の関数として、乾燥空気条件下で検出部素子３０６に消費される電力の期待値を表している。コンピュータ３３０は、検出部素子３０６で実際に消費される電力と、空気が乾燥状態であるとすれば消費されるであろう期待値電力と、の消費電力の差を計算する。当該消費電力の差が、予測される氷結状態を表している。コンピュータ３３０は、予測される氷結状態出力３１８を出力する。

一実施形態では、予測される氷結状態出力３１８は、電流による、予測される及び実際に発生している氷結状態の出力である。別の一実施形態では、予測される氷結状態出力３１８は、予測される及び実際に発生している氷結状態が継続する時間の長さを表す。

図７に、図６の制御検出回路３００の一部である制御回路の第１の例を示す。コンピュータ（例えば図６のコンピュータ３３０のような）は、検出部温度制御部４０５内の加算点（Σ）４０４に電圧Vwetsetpoint（４０２）を出力する。検出部温度制御部４０５は、制御された出力電圧V（４０６）を第１の抵抗型検知素子（検出部素子）４０８に与える。第１の抵抗型検知素子４０８は、制御回路の一部である、固定値の抵抗器Ｒ（４１０）と回路コモン４１１と、に対して直列接続される。固定値の抵抗器Ｒ（４１０）と第１の抵抗型検知素子４０８との接続部にある回路ノード４１２は、検知した検出部電圧Vwet（４１４）を与える。

電圧Vwet（４１４）は、加算点４０４にフィードバック入力として入力される。加算点４０４では差（Vwetsetpoint − Vwet）が計算され、当該差は、検出部電圧制御回路４１８に入力する誤差信号４１６を形成する。検出部電圧制御回路４１８は、Vwet＝Vwetsetpointとなるような大きさで電圧V（４０６）を出力する。

電圧Vwet（４１４）は、設定点(SETPT)として加算点（Σ）４３０に対して入力される。加算点４３０は、制御された出力電圧Visocontrol（４３２）を電流制御部４３４の入力部に与える。電流制御部４３４の出力４３６は、（ＰＲＴ；プラチナ抵抗式温度計といったような）第２の抵抗型検知素子４３８と、電圧Vと、回路コモン４４０と、に対して直列接続される。電流制御部４３４は電流Ｉ１（図６、７）を制御する。

第２の抵抗型検知素子４３８は伝熱隔離台の中にある。制御部出力４３６と第２の抵抗型検知素子４３８との接続部にある回路ノード４４２は、検知した伝熱隔離台電圧Viso（４４４）を与える。電圧Viso（４４４）は、加算点４３０にフィードバック入力として入力される。加算点４３０は差（Vwet−Viso）を計算し、当該差が、誤差信号（制御された出力電圧）Visocontrol（４３２）を形成し、電流制御部４３４へと入力される。電流制御部４３４は第２の抵抗型検知素子４３８を流れる電流を維持して、Viso＝Vwetのレベルとなるように圧V（４０６）の大きさを調整する。

図８に、図７に示した制御回路と同様の制御回路である第２の例であるが、次の点で異なる例を示す。異なる点はすなわち、図８では第２の抵抗型検知素子４３８が、第１の抵抗型検知素子４０８に入力される電圧Ｖ（４０６）とは異なる電圧Ｖ１を入力とする点である。他の点では、図８に示す制御回路の第２の例は図７に示す制御回路の第１の例と同様である。図８に示す回路には、第１、第２の抵抗型検知素子４０８、４３８の公称値（室温）の抵抗が互いに異なっていてもよく、その差が電圧Ｖ１の選択によって補償される、という利点がある。説明の簡略化のため、図８での参照番号は図７での参照番号と共通としてある。

図９に、図７に示した制御回路と同様の制御回路の第３の例であるが、次の点で異なる例を示す。異なる点はすなわち、図９では差動回路４５０、４５４が含まれている、という点である。差動回路４５０は、差（V−Vwet）を表している差動出力４５２を発生させる。言い換えると、差動出力４５２は第１の抵抗型検知素子４０８での電圧降下を表している。差動回路４５４は、差（V−Viso）を表している差動出力４５６を発生させる。言い換えると、差動出力４５６は第２の抵抗型検知素子４３８での電圧降下を表している。図９に示す回路は、電圧Vwetsetpointを第１の抵抗型検知素子４０８での所望の電圧降下に関して直接比例する形とでき、抵抗器４１０の抵抗値Ｒを考えなくてもよい、という利点がある。

図１０−１２に、電流制御部４３４の別実施形態を示す。図１０の第１の例では、電流制御部４３４は電圧制御電流源４６０を備える。電圧制御電流源４６０については、以下に図１３で示す例を用いて詳述する。図１１の第２の例では、電流制御部４３４は電圧制御電圧源４６２を備える。図１２の第３の例では、電流制御部４３４は電圧制御抵抗４６４を備える。一実施形態では、電圧制御抵抗４６４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）による電圧制御抵抗を備える。

図１３に、電圧制御電流源回路を備える電流制御部４３４を示す。電圧Visocontrol（４３２）（図６より）は演算増幅器４７０の非反転入力に入力される。演算増幅器４７０は、バイポーラ接合トランジスタ４７２のベースに増幅器出力４７１を与える。トランジスタ４７２のエミッタは、エミッタ抵抗R_E４７４を通じてコモン導体に接続される。抵抗R_E４７４の一端におけるフィードバック電圧はトランジスタ４７２のエミッタを流れる電流に比例する。フィードバック電圧は、抵抗Ｒ１（４７８）とＲ２（４７６）とを備える電圧分圧回路に入力される。電圧分圧器は演算増幅器４７０の反転入力に接続されてフィードバックを施すことにより、抵抗R_E４７４を流れる電流が電圧Visocontrol（４３２）の関数として制御されるようにする。

プラチナ抵抗式温度計（ＰＲＴ）は温度に対して精度良く抵抗変化するので、湿潤状態のＰＲＴ抵抗Rwet（図７）が所望の温度と整合性の取れた値になるよう、電圧Ｖが制御される。つまり、Ｒ（図７）とVwetとの値がわかれば、当該値を用いてRwetを、従って温度を、計算することができる。RisoはRwetに等しくなるよう制御される。Rwetは式１で計算することができる。

Risoは式２で計算することができる。

従って、VとVisoとの値がわかれば、Ｉ１を制御することで隔離抵抗RisoをRwetに等しくすることができる。

図１３には、隔離抵抗の制御部が電圧制御電流源である制御回路の一実施形態が示されている。演算増幅器４７０の使用によって、電流制御をトランジスタ４７２のベース・エミッタ接合による温度の影響から独立で行うようにすることができる。R1＝R2であれば、Iisoは式３に示す通りとなる。

式１，２及び３により、伝熱隔離台の温度を検出部の温度に等しくなるよう設定する所望の制御を実現することができる。

図１４に、図６のコンピュータ３３０に対応するコンピュータ５００のブロック図を示す。コンピュータ５００は５０２の部分にてアナログ入力電圧Ｖを、５０４の部分にてアナログ入力電圧Vwetを、受け取る。アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）５０６はアナログ電圧Ｖを、アナログ電圧Ｖを表す第１のデジタル表現５０８へと変換する。アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）５１０はアナログ電圧Vwetを、アナログ電圧Vwetを表す第２のデジタル表現５１２へと変換する。検出部電力回路５１４はデジタル表現５０８、５１２を受け取り、（検出部１０２といったような）検出部の中にある（素子１４２といったような）第１の抵抗型検知素子の電力消費を表している出力５１６を生成する。電力消費を表している出力５１６は、プロセッサ５１８へ入力される。

プロセッサ５１８は、コンピュータ５００中のメモリに保存されている乾燥空気電力データ５２０を受け取る。プロセッサ５１８はまた、大気データを５２２にて受け取る。大気データ５２２は、氷結条件プローブの構成部品ではないところの大気データセンサによって提供される。大気データ５２２は対気速度と大気温度との条件を含む。大気データ５２２は、受け取った大気データ５２２に個別に対応する、乾燥条件電力データ５２０の乾燥条件データ電力値にアクセスするために利用される。

プロセッサ５１８は、乾燥条件データの電力値と、電力消費を表している出力５１６と、を比較して、気流内に対流熱損失を増加させている水分があるかどうかを確認する。対流熱損失が乾燥条件データの電力値により設定される閾値を越えていれば、プロセッサは出力５３２を有効にして、大気が充分に冷たければ予測される氷結状態を警告する。大気温度が充分に冷たく、且つ熱損失が過大にあることの検出により気流内に水分が検出されるのであるならば、今後、発生しようとしている近々の氷結の確率は高いので、警告が与えられる。

コンピュータ５００は、メモリ内に保存されるオフセット５２４を備える。オフセット５２４はプロセッサ５１８に入力される。プロセッサ５１８は湿潤条件設定点５２６を計算し、当該設定点５２６はアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５２８に入力される。湿潤条件設定点は、オフセット５２４と、５２２での大気データからの大気温度情報との関数として計算される。アナログ・デジタル変換器５２８は、（図６の設定点Vwet（３２８）に対応する）電圧Vwet設定点５３０を発生する。

図１５に、プローブ１００の第１のプローブ実施形態１９０を斜視図にて示す。プローブ１９０は、対称性を有し迎え角の影響がない断面を有する直円柱状の支柱１０４を備える。

図１６に、プローブ１００の第２のプローブ実施形態１９２を斜視図にて示す。プローブ１９２は、空気抵抗の減少する湾曲して長くなった断面１８０を有する流線形状の支柱１０４を備える。支柱１０４は、飛行中に迎え角が変動しても気流の乱れを生じさせないような形に形成されている。

図１７に、伝熱型氷結状態プローブ１０１の別実施形態を示す。伝熱型氷結状態プローブ１０１は図１に示す伝熱型氷結状態プローブ１００と類似している。図１７で用いられている参照番号で、図１で用いられている参照番号と同一の番号のものは、図１と１７との両方において同一または同様の構成部品を表している。

図１７では、検出部１０２と伝熱隔離台１０６とのアセンブリは、支柱加熱器１１２に囲まれる中央領域を貫通して、電子機器ハウジング１１６の内部にある環状フランジ１５５へと延びている。（エポキシ製の周辺シールといったような）密封部１０７が、支柱１０４の開口部を密封している。（金属対金属シール又はＯリングといったような）密封部１１１が、環状フランジ１５５を支柱台１１０へと密封する。他の点では、伝熱型氷結状態プローブ１０１は図１に示す伝熱型氷結状態プローブ１００と同様である。

以上の説明において本発明の様々な態様における数々の特徴及び利点を説明してきたが、当該開示は一例に過ぎないのであって、本発明の範囲及び精神より逸脱することなく形式及び構造に変更を加えることができる。

１００…プローブ、１０２…検出部、１４２…第１の抵抗型検知素子、１０４…支柱、１１０…支柱台、１１２…支柱加熱器、１０６…伝熱隔離台、１５０…第２の抵抗型検知素子

Claims (20)

1. 氷結状態プローブであって、
   調整された検出部温度を維持するよう電力供給され、気流の予測される氷結状態を示すものとしての検出部電力消費を表すプローブ出力を提供する、第１の抵抗型検知素子を含む検出部と、
   航空機外板に取り付けるよう構成された支柱台と、支柱加熱器とを含む支柱と、
   前記支柱に取り付けられ、前記検出部を前記気流内に支持し、第２の抵抗型検知素子を含む伝熱隔離台とを備え、
   前記第２の抵抗型検知素子が電力供給されて、調整された温度範囲内にある前記調整された検出部温度に等しくなるよう、調整された伝熱隔離台温度を維持することを特徴とする氷結状態プローブ。
2. 前記伝熱隔離台が、前記支柱の温度変動から前記検出部を熱的に隔離することを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
3. 前記検出部が、当該プローブの前方軸の横軸となる主軸を有する、概ね円形の円柱状外部表面を備えることを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
4. 前記気流の方向が、前記気流の迎え角の範囲に渡って、前記主軸に対して横軸方向にとどまることを特徴とする請求項３に記載の氷結状態プローブ。
5. 前記検出部が、前記支柱台付近にある境界層の外側の位置に支持されることを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
6. 前記支柱が、金属合金を備える外側支柱ハウジングを備えることを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
7. 前記検出部電力消費が、前記気流の質量流量と温度との関数として変化することを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
8. 前記プローブが、乾燥大気での電力消費を検出するための乾燥大気用検出器を備えないことを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
9. 前記伝熱隔離台が、当該プローブの前方軸の横軸となる主軸を有する、第２の円柱状外部表面を備えることを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
10. 前記伝熱隔離台と前記検出部とがほぼ等しい外部円筒直径を有することを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
11. 前記伝熱隔離台が、前記検出部の第２の外部円筒直径よりも大きい第１の外部円筒直径を有することを特徴とする請求項１に記載の氷結状態プローブ。
12. 氷結状態検出システムであって、
    単一素子検出部と、
    前記単一素子検出部の電力消費の関数として、予測される氷結状態を表す出力を提供する回路と、
    前記単一素子検出部を支持する検出部支持端部と、反対側の支柱取り付け端部と、を含む伝熱隔離台と、
    伝熱隔離台温度を制御して、前記支柱取り付け端部から前記単一素子検出部を熱的に隔離する伝熱隔離制御部とを備えることを特徴とする氷結状態検出システム。
13. 前記伝熱隔離制御部が、前記伝熱隔離台の温度を制御して、調整された温度範囲内にある前記単一素子検出部の温度に等しくなるようにすることを特徴とする請求項１２に記載の氷結状態検出システム。
14. 前記伝熱隔離制御部が、前記伝熱隔離台の温度を制御して、前記単一素子検出部と前記伝熱隔離台との間の熱伝導を最小化することを特徴とする請求項１２に記載の氷結状態検出システム。
15. 前記単一素子検出部が、気流の温度からオフセット分高い温度になるよう加熱されて、前記単一素子検出部への氷の形成を防止することを特徴とする請求項１２に記載の氷結状態検出システム。
16. 方法であって、
    単一素子検出部を提供する段階と、
    前記単一素子検出部の電力消費の関数として、予測される氷結状態を表す出力を提供する段階と、
    航空機外板付近にある境界層の外側の位置に前記単一素子検出部を支持する伝熱隔離台を提供する段階と、
    伝熱隔離台温度を制御して、前記単一素子検出部を熱的に隔離する段階とを備えることを特徴とする方法。
17. 氷の形成を防止するのに充分な高温まで前記単一素子検出部を加熱する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記伝熱隔離台の温度を制御して、前記単一素子検出部と前記伝熱隔離台との間の熱伝導を最小化する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 前記伝熱隔離台の温度を制御して、前記単一素子検出部の温度を調整された温度範囲内の温度に等しくなるようにする段階をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 前記境界層の外側の位置に前記単一素子検出部を支持する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。

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