PL211575B1 - Sposób określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, urządzenie do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych i układ do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211575 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 375347 (51) Int.Cl.

(22) Data zgłoszenia: 26.08.2003 B64D 15/20 (2006.01)

G01W 1/14 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

26.08.2003, PCT/DK03/000556 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

04.03.2004, WO04/018291

Sposób określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, urządzenie do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych i układ do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych

(30) Pierwszeństwo: 26.08.2002, DK, PA200201252	(73) Uprawniony z patentu: DALSGAARD NIELSEN APS, Fars0, DK
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 28.11.2005 BUP 24/05	(72) Twórca(y) wynalazku: EVAN NIELSEN, Fars0, DK
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.05.2012 WUP 05/12	(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Teresa Kuczyńska

PL 211 575 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, urządzenie do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych i układ do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych. Wynalazek jest przeznaczony zwłaszcza, choć nie wyłącznie, do wykorzystania przy określaniu niebezpieczeństwa oblodzenia w ruchu lotniczym.

Kiedy występuje niebezpieczeństwo powstawania lodu, w ruchu lotniczym stosuje się ciecze przeciwoblodzeniowe różnych typów, w różnych stężeniach, i problem stanowi oszacowanie czasu skuteczności cieczy przeciwoblodzeniowej w istniejących warunkach pogodowych. Określa się to jako czas przetrzymania (HOT - holdover time); poniżej określany jako „HOT.

Międzynarodowe organizacje linii lotniczych publikują tablice wskazujące na okres czasu przetrzymywania dla pewnych cieczy przeciwoblodzeniowych i dla bardzo niewielkiej liczby ich stężeń. Te tablice, które obecnie są jedynym dostępnym narzędziem, są związane z dwoma głównymi czynnikami niepewności. Po pierwsze przedziały czasowe wyszczególnione w tablicach są podane z dużymi marginesami, na przykład wynoszących 30 minut a maksimum 60 minut, a po wtóre tablice mogą być wykorzystywane tylko wtedy, kiedy możliwe jest poprawne oszacowanie opadów atmosferycznych, przy czym tablice są podzielone odpowiednio do typów opadów atmosferycznych, jak na przykład śnieg lub przechłodzona woda. Ostateczna odpowiedzialność za to oszacowanie spoczywa na pilocie, co znaczy że z wnętrza kokpitu, często w takich warunkach pogodowych, jak tylny wiatr i przez silnie ogrzewaną przednią ukośną szybę, musi on oszacować tym opadu, w następnie zająć stanowisko w odniesieniu do minimalnych i maksymalnych okresów czasu podanych w tablicy.

Bardzo nieustalone typy opadów, które typowo występują w zakresie temperatury od 5°C do 8°C powyżej punktu zamarzania są powodem największych opóźnień w portach lotniczych, i często konieczne jest długie oczekiwanie samolotu na otrzymanie zezwolenia na start, przy równoczesnym zużywaniu cieczy przeciwoblodzeniowej, szybkim lub wolnym, zależnie od warunków opadów.

Obecnie, opisanych jest 141 wypadków lotniczych przypisywanych oblodzeniu oraz wynikającej z nich liczby 1200 ofiar.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu umożliwiającego wyznaczanie czasu HOT, przy czym to wyznaczanie opiera się raczej na rzeczywistych wynikach pomiarów, niż na oszacowaniach subiektywnych praktykowanych w rozwiązaniach znanych.

Sposób określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, przy czym mierzona jest temperatura powietrza oraz oszacowywany jest typ opadu atmosferycznego i ilość opadu, według wynalazku charakteryzuje się tym, ż e obejmuje dokonywanie pomiaru rzeczywistej ilości lodu zawartego w opadzie i zestawianie wyników pomiarów w celu wyznaczenia niebezpieczeństwa osadzania się lodu.

Sposób obejmuje oszacowanie typu opadu na podstawie pomiaru wyznaczającego stosunek zawartości cieczy i zamarzniętych cząstek w opadzie.

Sposób obejmuje wykonywanie pomiaru wyznaczającego stosunek zawartości cieczy i zamarzniętych cząstek za pośrednictwem znanego pomiaru optycznego, z następnymi obliczeniami.

Sposób obejmuje wykonywanie pomiaru wyznaczającego ogólną równoważną ilość cieczy w opadzie.

Przez obliczenia na podstawie pomiaru punktu rosy wykonywany jest pomiar wyznaczający rzeczywistą ilość lodu w opadzie.

Pomiar wyznaczający rzeczywistą ilość lodu w opadzie wykonywany jest jako pomiar rzeczywistego powstawania lodu.

Pomiar obejmuje wykorzystywanie elementu powierzchniowego o wyznaczonym polu powierzchni i powodowanie, w ciągu wyznaczonego okresu czasu, jego ruchu względem powietrza atmosferycznego, i następne wykonywanie pomiaru ilości lodu gromadzącego się na elemencie powierzchniowym w ciągu tego okresu czasu.

Temperatura elementu powierzchniowego jest utrzymywana w zasadzie na poziomie temperatury atmosfery.

Temperatura powierzchni jest utrzymywana w ciągu wyznaczonego okresu czasu na innym, wyznaczonym poziomie temperatury.

PL 211 575 B1

Po pomiarze ilości gromadzącego się lodu, dokonuje się na krótko względnego przemieszczania elementu powierzchniowego względem atmosfery z prędkością znacznie przewyższającą prędkość przed pomiarem, a następnie dokonuje się dodatkowego pomiaru osadzającego się lodu.

Względna prędkość elementu powierzchni względem atmosfery jest sterowana przez sterowanie prędkością obrotu jednego lub więcej obrotowych elementów powierzchniowych.

Sposób obejmuje pomiar zdolności adhezyjnej lodu, przez pomiar akumulowanej ilości po pewnej liczbie obrotów z wzajemnie różniącymi się prędkościami.

Sposób obejmuje pomiar oporu powietrza między atmosferą a lodem zbierającym się na elemencie powierzchniowym.

Sposób obejmuje podawanie, przed wykonaniem pomiarów, cieczy przeciwoblodzeniowej o wyznaczonym stężeniu i w wyznaczonej iloś ci na element powierzchniowy.

Sposób obejmuje podawanie na powierzchnię cieczy przeciwoblodzeniowej o wyznaczonym stężeniu i w wyznaczonej ilości, i niebezpieczeństwo osadzania się lodu jest wyznaczane obliczeniowo na podstawie:

- wiedzy o typie i stężeniu cieczy;

- znajomoś ci wyniku pomiaru wyznaczają cego proporcję cieczy i czą stek stał ych zawartych w opadzie; i

- znajomoś ci wyniku pomiaru wyznaczają cego bieżąc ą ilość lodu zawartego w opadzie.

Niebezpieczeństwo oblicza się i przedstawia w postaci czasu przetrzymywania.

Do oszacowania czasu przetrzymania wykorzystuje się ręczne tablice, przy czym tablice są grupowane odpowiednio do różnych typów opadów, zaś do wyznaczenia typu opadu wykorzystywana jest znajomość aktualnej ilości lodu zawartego w opadzie i proporcji w opadzie cząstek stałych do cieczy.

Sposób obejmuje wyznaczanie stężenia i ilości cieczy przeciwoblodzeniowej w funkcji czasu przetrzymania i zmierzonego niebezpieczeństwa osadzania się lodu.

Do obliczeń wykorzystuje się system ekspercki, który jest skonfigurowany odpowiednio do działania na komputerze, odpowiednio do estymacji niebezpieczeństwa osadzania się lodu na podstawie pomiarów, i odpowiednio do odbierania informacji o rzeczywistej ilości gromadzonego lodu, oraz do korygowania parametrów w modelu obliczeniowym do obliczania osadzającej się ilości lodu.

Komputer jest utrzymywany w połączeniu komunikacyjnym z innymi komputerami, które są rozmieszczone w różnych miejscach geograficznych; i że system ekspercki jest skonfigurowany odpowiednio do obliczania z wyprzedzeniem przyszłych zmian dotyczących niebezpieczeństwa osadzania się lodu, w odpowiedzi na wprowadzane do niego parametry meteorologiczne.

Urządzenie do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, charakteryzuje się tym, że to urządzenie zawiera kombinację

- środków optycznych do pomiaru wspó łczynnika odbicia opadu atmosferycznego; i - środki mechaniczne, do poruszania pomiarowego elementu powierzchniowego względem powietrza i do pomiaru ilości lodu odkładającego się na elemencie powierzchniowym w danym okresie czasu; i

- ś rodki elektroniczne do zestawiania wyników tych pomiarów.

Do obliczania czasu przetrzymania dla cieczy przeciwoblodzeniowej, urządzenie zawiera pamięć danych do przechowywania informacji o wartościach empirycznych czasu przetrzymania w funkcji typu opadu atmosferycznego i stężenia cieczy przeciwoblodzeniowej.

Urządzenie zawiera korzystnie model matematyczny do oszacowywania lodu osadzającego się wskutek opadu atmosferycznego; zaś środki elektroniczne są skonfigurowane odpowiednio do porównywania wartości szacowanych z wartościami zmierzonymi w rzeczywistości, dla ilości lodu i dla parametrów korekcyjnych w modelu, dla jego optymalizacji.

Układ do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, charakteryzuje się tym, że zawiera pewną liczbę urządzeń do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych według wynalazku, które są rozmieszczone w różnych miejscach geograficznych, i są skonfigurowane odpowiednio do odbierania informacji meteorologicznej o przemieszczaniu się składników atmosferycznych.

Określenie typu opadu atmosferycznego lub równoważnej ilości cieczy nie mogą być przyjmowane do wyrażenia ilości lodu, który powstanie, ponieważ nie jest możliwe rozróżnienie między wodą przechłodzoną a wodą zwykłą. Ta niepewność jest największa właśnie w zakresie temperatury, w którym niebezpieczeń stwo oblodzenia jest najwię ksze, mianowicie okoł o 0°C.

PL 211 575 B1

Przez zestawienie wyników pomiarów rzeczywistej ilości lodu zawartego w opadzie osiąga się pełny i obiektywny wynik pomiaru warunków, które są istotne przy oszacowywaniu niebezpieczeństwa oblodzenia przy stosowaniu cieczy przeciwoblodzeniowej. To zestawienie i jego znaczenie objaśniono szczegółowo poniżej, w kontekście fig. 2 i 3.

Każdy z tych dwóch wyników pomiarów, które są zestawione według niniejszego wynalazku, można otrzymać oddzielnie za pomocą metod znanych, i które mogą być realizowane za pomocą oddzielnych urządzeń lub za pomocą urządzenia kombinowanego. Na przykład, ekwiwalent ilości cieczy można wyznaczać za pomocą metody objaśnionej w patencie USA nr 5 434 778.

Według korzystnej odmiany wykonania niniejszego wynalazku rzeczywistą zawartość lodu w opadach wyznacza się za pomocą pomiaru rzeczywistego osadzania się lodu, na przykład za pomocą metody opisanej w dokumencie WO 00/54078.

Według jednej z odmian wykonania powoduje się, że temperatura elementu powierzchni jest w zasadzie równa temperaturze powietrza atmosferycznego, lecz w rozwiązaniu alternatywnym temperaturę elementu powierzchni można regulować dla osiągnięcia innej wyznaczonej z góry temperatury. W tym kontekście mogą mieć znaczenie parametry takie, jak na przykład temperatura paliwa w skrzydle lub temperatura natryskiwanej cieczy przeciwoblodzeniowej.

W przypadku urzą dzenia opisanego w WO 00/54078, pewna liczba elementów powierzchni jest obracana z prędkością zapewniającą, z jednej strony, że lód się osadza, a z drugiej, że większość kropel wody jest rozrzucana. Przy stosowaniu sposobu wymienionego w zastrz. 10, zapewnia się, że powolny obrót nie redukuje rzeczywistego kształtowania się lodu, a duża prędkość obrotu zapewnia, że na wirniku przed ważeniem osadzonego lodu nie pozostaje woda. Ilość lodu można również wyznaczać sposobem innym, niż przez ważenie.

Ponadto, wskazane jest wykonywanie dodatkowych pomiarów, na przykład rodzaju pomiarów zdolności adhezyjnej lodu, oporu powietrza między atmosferą a lodem oraz pomiarów stanu cieczy przeciwoblodzeniowej zastosowanej na elemencie powierzchniowym.

Przy łączeniu niezawodnego pomiaru niebezpieczeństwa powstawania lodu z wiedzą o typie i stężeniu stosowanej cieczy przeciwoblodzeniowej jest moż liwe osiągnięcie bardziej niezawodnego szacowania czasu przetrzymania (HOT - holdover time), w ciągu którego można oczekiwać, że skrzydła pozostają w stanie bez oblodzenia w danych warunkach atmosferycznych. Wynalazek umożliwia podawanie czasu HOT ze zmniejszonym marginesem niepewności w stosunku do rozwiązań znanych, patrz objaśnienie w kontekście fig. 2 i 3.

Jednakowoż często zdarza się - zwłaszcza w dziedzinie ruchu lotniczego - że stosuje się raczej konserwatywne podejście, które niewątpliwie pociąga za sobą upływ pewnego czasu zanim pilot uzyska ściśle określenie czasu przetrzymania. Niewątpliwie, jeszcze przez pewien czas używane będą tablice znane, w przypadku których jednym z elementów było określanie typu opadu atmosferycznego. Przy wykonywaniu wynalazku, zgodnie z zastrz. 17, określanie obiektywne będące efektem wynalazku może być wykorzystywane do podawania wiarygodnych informacji o rzeczywistym składzie opadu.

Wtedy piloci mogą czuć się bezpieczni, przy wstępnym sprawdzeniu, że czas przetrzymania mieści się w największych okresach czasu z tablic, i następnie wykorzystaniu, z pełnym przeświadczeniem, czasu przetrzymania według niniejszego wynalazku jako niezawodnej ściśle określonej wartości granicznej,

Jakkolwiek bezpieczeństwo ma oczywiście najwyższy priorytet, to pozostaje jeszcze ten aspekt, że ciecz przeciwoblodzeniowa jest kosztowna, co stanowi stratę pieniędzy i wiąże się z niepotrzebnym zanieczyszczaniem środowiska przy stosowaniu cieczy przeciwoblodzeniowej w ilości większej od niezbędnej dla zapewnienia bezpiecznego latania. Przy stosowaniu niniejszego wynalazku, zgodnie z zastrz. 15 jest moż liwe okreś lenie najmniejszego wymaganego stężenia cieczy przeciwoblodzeniowej stosowanej dla zapewnienia pożądanego czasu przetrzymania.

Poza zaletami wymienionymi powyżej, wynalazek zapewnia możliwości dające zupełnie nowe perspektywy. Przy połączeniu sprzętu pomiarowego do wyznaczania ilości opadów atmosferycznych i sprzętu pomiarowego do pomiaru ilości lodu osadzającego się w rzeczywistości, istnieje obecnie opcja zbudowania samouczącego się systemu eksperckiego, wyszczególnionego w zastrz. 19. Według niniejszego wynalazku uzyskuje się czas przetrzymania, który jest znacznie bardziej wiarygodnym od otrzymywanego dotychczas, że na podstawie pomiarów warunków atmosferycznych podanych najwyżej pięć do dziesięciu minut wcześniej. Znane tablice opierają się na warunkach empirycznych, które mogą być rejestrowane w trybie obliczeniowym wraz z automatyczną korekcją pewnych parametrów przy porównywaniu obliczonej ilości osadzającego się lodu modelu obliczeniowego

PL 211 575 B1 z rzeczywiś cie zmierzoną ilością lodu. Dzięki temu dokładnie ocenia się ryzyko oblodzenia. Przy wzajemnym połączeniu komputerów znajdujących się w różnych portach lotniczych, i przy wprowadzaniu danych meteorologicznych ten model można rozszerzyć na generowanie, na podstawie danych meteorologicznych, oszacowania niebezpieczeństwa oblodzenia w innych portach lotniczych, i to oszacowanie może być porównywane z aktualnie mierzonym nagromadzaniem lodu w tych portach lotniczych, i może się następnie odbywać dynamiczna optymalizacja modelu obliczeniowego.

Korzystne jest, jeżeli urządzenie według wynalazku zawiera również pamięć danych z informacją empiryczną o czasie przetrzymania, dla zapewnienia znacznie bardziej niezawodnego wyznaczania rzeczywistego czasu przetrzymania.

Urządzenie może również charakteryzować się tym, że zawiera komputer z modelem matematycznym do estymacji na przykład czasu przetrzymania, przy czym model ma kilka ustawianych parametrów. Parametry te można korygować porównując wyniki estymacji z wynikami zmierzonymi rzeczywiście, zgodnie z treścią zastrz. 23, przy czym możliwe jest zastosowanie samouczącego się modelu eksperckiego.

Wynalazek objaśniono bardziej szczegółowo poniżej, z odwołaniem się do rysunków, na których Fig. 1 przedstawia znaną tablicę, stosowaną w szczególności w Kanadzie;

Fig. 2 przedstawia inną znaną tablicę, stosowaną w Europie;

Fig. 3 przedstawia znany sposób oszacowywania czasu;

Fig. 4 przedstawia możliwość wyznaczania okresów czasu z większą dokładnością, według niniejszego wynalazku;

Fig. 5 w uproszczeniu przedstawia zasadę wynalazku;

Fig. 6 przedstawia przykład działania jednostki obliczeniowej przedstawionej na fig. 5;

Fig. 7 przedstawia jedną z odmian wykonania niniejszego wynalazku połączoną z systemem eksperckim;

Fig. 8 przedstawia zasadę działania przedstawionej na fig. 7 odmiany wykonania niniejszego wynalazku; natomiast

Fig. 9 przedstawia możliwe połączenie wynalazku z informacją meteorologiczną, w celu predykcyjnego wyznaczania niebezpieczeństwa oblodzenia, w rozłożeniu na duże odległości i długie okresy czasu.

Fig. 1 przedstawia tablicę według Transport Canada z czerwca 2002, wykorzystywaną do wyznaczania estymatora czasu HOT. Tablica jest wykorzystywana „wstecz”, to znaczy pilot oszacowuje widoczność w milach lądowych (liczby podane w dwunastu komórkach). Kiedy zachodzi potrzeba oszacowania widoczności w padającym śniegu, to jest ważne, czy jest ciemno, czy jasno, a ponadto rolę odgrywa również temperatura. Tablica jest wykorzystywana do oszacowania, czy opad śnieżny jest „intensywny”, „umiarkowany”, czy „słaby”. Następnie wykorzystywana jest inna tablica (nie pokazana), która wskazuje okresy czasu dla równoważnej ilości wody w opadzie, w funkcji oceny „intensywny/umiarkowany/słaby”, i w razie takiej możliwości, przejście do następnej tablicy (nie pokazana) w celu otrzymania okresu czasu HOT w funkcji równoważ nej iloś ci wody.

Sposób opisany w kontekście fig. 1 zatem opiera się na oszacowaniu, między innymi, widoczności i stanu, ciemności lub jasności.

Dnia 29 lipca 2002 krajowy ośrodek badania atmosfery (National Center of Atmospheric Research) opublikował artykuł wyjaśniający naukowe powody, dla których widoczność jest nieodpowiednia do wykorzystania w charakterze parametru decyzyjnego, co objaśniono w związku z fig. 1. Wynika stąd, że to oszacowanie jest bardzo niepewne.

Fig. 2 przedstawia inną znaną tablicę wskazującą okresu czasu HOT, jeżeli możliwe jest skategoryzowanie typu opadu jako jednego z sześciu typów opadów przedstawionych na fig. 2. Tablicę można wykorzystywać dla różnych zakresów temperatury i dla trzech różnych proporcji mieszania dla cieczy przeciwoblodzeniowej.

Fig. 3 przedstawia sposób z użyciem tablicy przedstawionej na fig. 2. Fig. 3 jest wykonana jako w zasadzie samoobjaś niają cy się , a zatem w odniesieniu do fig. 3 zamieszczono tylko kilka uwag. Szczególną uwagę poświęca się faktowi, że na fig. 3 zamieszczono trzy dokonane oszacowania. W połączeniu z informacją o aktualnych warunkach atmosferycznych, rozprowadzaną co pół godziny (METAR), konieczne jest, w przypadku opadu deszczu ze śniegiem, oszacowanie, czy to jest opad słaby, czy intensywny. Następnie to pierwsze oszacowanie poddawane jest konwersji na równoważny typ opadu, w postaci na przykład słabego marznącego deszczu. Wykorzystywanie tablicy w pierwotnej

PL 211 575 B1 postaci daje okres przetrzymania wynoszący 15-30 minut (odpowiadający na fig. 2 górnej linii pod kolumną z nagłówkiem „słaby marznący deszcz”). Zatem otrzymuje się^® górną granicę jako dwukrotną wartość granicy dolnej, która jest nie uspokajająca. Poza tym pilot musi dokonywać oszacowywania skrócenia okresu HOT, kiedy sądzi się, że duża jest prędkość powietrza lub wilgotność powietrza, i na koniec, pilot musi oceni ć , czy i jak opad moż e się zmienić .

W praktyce oznacza to, ż e pilot dokonujący startu, zwykle w zmieniających się następnie warunkach wiatru i z bardzo nachylonymi i nagrzanymi szybami okiennymi, musi być w stanie określić z czego skł ada się opad atmosferyczny (wody, ś niegu, ś niegu z deszczem, wody przechł odzonej itp.). W tych warunkach pilot musi następnie czekać w kolejce na zezwolenie startu i w miarę upływu czasu dokonywać oszacowywania, czy ciecz przeciwoblodzeniowa pozostaje skuteczna, co jest możliwe tylko z dużym marginesem niepewności, przedstawionym na fig. 2; w niekorzystnych warunkach czas HOT może wynosić zaledwie siedem minut. Zatem, do wypadków może dochodzić nawet, kiedy okres HOT wskazany w tablicy wynosi aż 30 minut.

Znany sprzęt pomiarowy do pomiaru składu opadu atmosferycznego może mierzyć wielkość kropel i oceniać rozdział na śnieg i wodę, wartości temperatury, punktu rosy itp., lecz nie jest w stanie rozróżnić, czy kropla wody jest przechłodzona, czy nie, co jest decydujące dla oceny niebezpieczeństwa powstawania lodu.

Poniższy opis odnosi się do fig. 4, która ukazuje tablicę podobną do przedstawionej na fig. 2, przy czym jednakowoż, wprowadzone są nowe parametry pomiarowe, mianowicie współczynnik oblodzenia i równoważna ilość wody.

Nie trzeba zaznaczać, że równoważna ilość wody w opadzie - w połączeniu z temperaturą w lewej części tablicy - jest bardzo istotna dla ilości cieczy przeciwoblodzeniowej zuż ywanej w danym okresie czasu. Zatem dla specjalisty jest oczywiste wprowadzenie równoważnej ilości wody do tablicy, i pobieranie informacji o niej przez METAAR co pół godziny. Ten okres czasu jest zbyt duż y, lecz oczywiście istnieje opcja częstszego transmitowania danych o równoważnej ilości wody, kiedy istnieje niebezpieczeństwo nagromadzania się lodu. Jednakowoż ważniejsze jest inne wyjście, ze względu na fakt, że metody pomiarowe stosowane dotychczas do wyznaczania równoważnej ilości wody charakteryzują się niedokładnością około 30% przy temperaturze bliskiej 0°C, przy której problemy rozwiązywane według niniejszego wynalazku są największe. Metody pomiarowe stosowane w rozwiązaniach znanych nie są w stanie rozróżniać, jak dużą część opadu stanowią krople cieczy przechłodzonej, a jaką cieczy nie przechł odzonej. Wedł ug niniejszego wynalazku miarą , którą na fig. 4 oznaczono odnośnikami liczbowymi 1-9, jest wynik pomiaru rzeczywistej ilości lodu utajonego w opadzie atmosferycznym. Wymiarem w przypadku współczynnika oblodzenia jest masa osadzonego lodu na jednostkę powierzchni i na jednostkę czasu.

Przez zestawianie współczynnika oblodzenia i równoważnej ilości wody, możliwe jest zapewnienie w niezawodny sposób znacznie dokładności czasów/okresów HOT, występujących na fig. 4, w porównaniu z moż liwymi do osi ą gnię cia za pomocą rozwią zań znanych, wedł ug fig. 2.

Jeżeli na przykład dokonuje się sprawdzenia w tablicy, pod nagłówkiem śnieg i zakłada się, że współczynnik oblodzenia wynosi 2 a równoważna ilość wody zawiera się między 0,4, a 0,88 mm, to jest możliwe uzyskanie bardzo dokładnej informacji o liczbie minut czasu HOT. Jednakowoż, często zachodzi przypadek, że rzeczywiste niebezpieczeństwo powstawania lodu (na przykład przy współczynniku oblodzenia wynoszącym 2) nie zawsze jest skorelowane z równoważną ilością wody podaną w tablicy, mianowicie od 0,4 do 0,8. Na przykł ad moż na zauważ y ć , ż e zmierzony współczynnik oblodzenia wynosi 5, jakkolwiek równoważna ilość przy pomiarze mieści się w zakresie od 0,4 do 0,8. Jest tak dlatego, że prawie cały opad stanowi przechłodzona woda, a zatem jedną z opcji w jednej z odmian wykonania jest wejście do tablicy pod współczynnikiem oblodzenia 5 i niezależnie od równoważnej ilości wody, która wynosiła 04, - 0,8.

W rozwią zaniu alternatywnym moż liwe jest stosowanie wartoś ci zmierzonej współ czynnika oblodzenia, przy czym zmierzona równoważna ilość wody wynosiła 0,4 - 0,8. Chociaż niebezpieczeństwo powstawania lodu jest w tym przypadku stosunkowo mniejsze, to nadal pozostaje pewna ilość opadu, na przykład śniegu poniżej 0°C, która mogłaby powodować zużycie większą ilość cieczy przeciwoblodzeniowej, niż to by było w przypadku, gdyby współczynnik oblodzenia wynosił 1. Według jednej z odmian wykonania, jako punkt wyjścia do obliczania czasu HOT jest najgorsza możliwa jedna ze zmierzonych wartości współczynnika oblodzenia lub równoważnej ilości wody.

Odmiana wykonania opisana w przypadku kombinacji współczynnika oblodzenia i równoważnej ilości wody stanowi uproszczoną możliwość wykorzystywania wynalazku. Z podanych powyżej objaPL 211 575 B1 śnień wynika, że na podstawie prób, obliczeń i tablic empirycznych będzie możliwa ocena współczynnika oblodzenia i znaczenia równoważnej ilości wody, i tym samym zapewnienie stosowania dostatecznej ilości cieczy przeciwoblodzeniowej, przy równoczesnym uniknięciu konieczności stosowania nadmiarowych ilości cieczy przeciwoblodzeniowych.

Tablica 4 zawiera pewne reprezentatywne wskaźniki minutowe dla czasu HOT. Takie wartości nie są tylko uwarunkowane obliczeniami na podstawie wspomnianych wyników pomiarów, lecz również wymaganiami bezpieczeństwa narzuconymi przez władze zarządzające ruchem lotniczym.

Należy zauważyć, że według niniejszego wynalazku, nie jest już konieczne odczytywanie typu opadu i tym samym rozróżnianie poszczególnych typów opadu, ponieważ wynalazek umożliwia otrzymanie bardzo dokładnej wartości czasu HOT. Powodem, dla którego fig. 4 zawiera nadal typy opadów, jest konserwatyzm, który przedstawiono w dalszej części opisu, i że możliwe jest obecnie określanie typów opadów z jeszcze większą dokładnością za pomocą niniejszego wynalazku (co również koreluje z faktem, że czas HOT może być wyznaczany dokładniej według niniejszego wynalazku).

Fig. 5 przedstawia schemat urządzenia, które jest samo w sobie znane, i służy do pomiaru gęstości cieczy i zamrożonych cząstek zawartych w opadzie, oraz urządzenie 2 do pomiaru rzeczywistej iloś ci ludu osadzanego z opadem. Według niniejszego wynalazku, te wyniki pomiaru są w jednostce obliczeniowej łączone, tak ż e jest moż liwe generowanie róż nych sygnałów wyjś ciowych, na przykład czasu przetrzymania HOT, składu opadu i stężenia cieczy przeciwoblodzeniowej itp.

Jak to opisano powyżej, urządzenie do pomiaru rzeczywistej ilości lodu w opadzie atmosferycznym mogłoby być opisane jako urządzenie znane z dokumentu WO 00/540078, które jest w stanie zapewnić dokładne wyniki ilości akumulowanej na standardowym elemencie powierzchni ustawionym na zabudowaniach portu lotniczego. Tym sposobem można określić, jaka część ciekłego opadu jest przechłodzona, lecz nie można na tej podstawie wnioskować o szybkości zużywania cieczy przeciwoblodzeniowej, ponieważ to zużycie zależy od typu opadu, patrz tablica przedstawiona na fig. 2. Wychodząc od punktu początkowego w tablicach empirycznych czasu przetrzymania, których podstawą jest typ opadu, i łącząc to z urządzeniem do pomiaru rzeczywistego powstawania lodu, jest obecnie możliwe wyznaczanie typu opadu z dużą niezawodnością, a zatem możliwe jest zwężenie dużych marginesów niepewności znanych tablic, i w wielu przypadkach zamianę ich na pewną liczbę minut czasu HOT, po wprowadzaniu również typu stężenia cieczy przeciwoblodzeniowej jako parametru do jednostki obliczeniowej przedstawionej na fig. 3.

Znaną jest rzeczą, że w przemyśle lotniczym panuje pewien stopień konserwatyzmu, i można z tego powodu oczekiwać , ż e wielu pilotów wolał oby porównanie obiektywnego i dokł adnego czasu przetrzymania według niniejszego wynalazku z treścią „starych tablic. Jak wspomniano i według niniejszego wynalazku, dokonuje się również dokładnego określania typu opadu i pilot może go odczytywać, który zatem może dokonać porównania ze „starymi tablicami.

Bardzo duży stopień niepewności, który dotychczas wiązał się z zapobieganiem wypadkom wskutek oblodzenia, ma oczywiście udział w nadmiernym zużyciu cieczy przeciwoblodzeniowej, która jest zarówno bardzo kosztowna, jak również jest substancją zanieczyszczającą. Dzięki dużej dokładności wyników otrzymywanych z wykorzystaniem wynalazku, możliwe jest dokonywanie obliczeń „wstecznych, to znaczy, jeżeli jako parametr wyjściowy zostaje przekazana do jednostki obliczeniowej informacja, że potrzebny jest czas przetrzymania na przykład 35 minut, to jednostka obliczeniowa jest w stanie wygenerować sygnał wyjś ciowy, który okreś la typ i stężenie cieczy przeciwoblodzeniowej. Fig. 5 przedstawia bardzo szczegółowo przykład obliczania niezbędnego typu mieszaniny przeciwoblodzeniowej, podczas gdy równocześnie fig. 5 przedstawia sposób zestawiania wyników z urządzenia 1 i urządzenia 2.

Fig. 5 objaśnia wyniki pomiarów typowo otrzymywane z urządzenia 1 przedstawionego na fig. 1. Same te wyniki pomiarów są obciążone wadą polegająca na tym, że jest niemożliwe rozróżnienie między deszczem a deszczem przechłodzonym, lecz przy zestawianiu wyników pomiarów z urządzenia 1 z wynikami pomiarów z urządzenia 2 według niniejszego wynalazku, jest możliwe określenie rzeczywistej ilości gromadzącego się lodu, dzięki czemu otrzymuje się znacznie dokładniejsze oszacowanie czasu HOT niż byłoby to możliwe za pomocą rozwiązań znanych.

Należy zauważyć, że oznaczenia „urządzenie 1 i „urządzenie 2 nie muszą być urządzeniami różniącymi się fizycznie; raczej wyrażają one zasady pomiaru stosowane i wyjaśnione w różnych komórkach, odpowiednio 11 i 12, na fig. 5. Ma również zastosowanie to, że w przypadku przemieszczenia fizycznego, urządzenie 2 nie jest w stanie dokonać rozróżnienia między opadem

PL 211 575 B1 intensywnym bardzo drobnego śniegu o małej adhezji, a opadem słabym w postaci mokrego śniegu o odpowiednio silniejszych właściwościach adhezyjnych; ta różnica natomiast może być z łatwością określona przez urządzenie 1 na podstawie różnicy współczynnika odbicia. Te dwie zasady pomiaru, 1 i 2 zatem się wzajemnie uzupełniają w szczególnie korzystny sposób pozwalając osiągnąć niezawodne określanie typu opadu, patrz komórka 13. Według korzystnej odmiany wykonania, pomiary w urządzeniu 2 są realizowane z różnymi prędkościami obrotu elementu pomiarowego, w celu dalszego poprawienia niezawodności pomiaru. Samo w sobie zestawianie wyników pomiarów wykonywanych przez urządzenia 1 i 2 w przypadku typowego ruchu elementu pomiarowego nie zapewnia rozróżnienia między deszczem ze śniegiem (czyli wodą/śniegiem) a innymi mieszaninami wody z cząstkami lodu (na przykład woda/grad). To rozróżnianie można osiągnąć przez wykonywanie pomiarów w urządzeniu 2 przy kilku różnych prędkościach obrotu, dla umożliwienia w ten sposób uwzględnienia różnych właściwości odwirowywania różnych cząstek lodowych od wody. Te ostatnie pomiary przedstawiono w komórce 14, tak że w komórce 15 osiąga się jeszcze bardziej niezawodne określanie charakteru opadu. Było to zasadniczym problemem w przypadku rozwiązań znanych, kiedy na przykład wykorzystywano tablicę przedstawioną na fig. 2. Przy połączeniu niezawodnego wyznaczania typu opadu z empirycznymi liczbami przedstawionymi w komórkach 16 i 17, możliwe jest, w komórce 18, bardzo dokładnego określenia czasu HOT. To bardzo niezawodne określanie umożliwia w praktyce również „obliczenia wsteczne, to znaczy przez zestawienie z bardzo dokładnej wartości znanej czasu HOT (komórka 19) dedukcyjne stwierdzenie, że jeżeli potrzebna jest wytrzymałość 12 minut, to ciecz przeciwoblodzeniowa powinna być mieszaniną 88% ciekłej substancji przeciwoblodzeniowej i 12% wody, patrz komórka 20.

Należy zauważyć, że wartości podane w odniesieniu do figur rysunku służą jedynie za przykłady, ponieważ pełny zbiór wartości jest bardzo obszerny i w praktyce jest określany częściowo we współpracy z władzami ruchu lotniczego.

Fig. 6 przedstawia niektóre dodatkowe zalety wynalazku. Jednostka obliczeniowa wymieniona na fig. 3 jest teraz częścią składową większego komputera, który zawiera model matematyczny do estymacji wartości oczekiwanej. Wartość oczekiwana jest porównywana w komputerze z następnymi rzeczywistymi wartościami zmierzonymi rzeczywistej ilości lodu, i w przypadku odchylenia dokonuje się automatycznie korekcji parametrów modelu matematycznego, który w związku z tym staje się samouczącym się systemem eksperckim. Warunkiem wstępnym jest przy tym precyzyjne realizowanie połączenia według niniejszego wynalazku: mianowicie tak, że zapewnia się pewną liczbę wiarygodnych wyników pomiarów, które wprowadzane są do modelu, i że zapewnia się dokładną informację o „prawdziwym wyniku wykorzystywanym do realizacji automatycznych korekcji modelu matematycznego. Jest zrozumiałe, że urządzenie do pomiaru rzeczywistej ilości lodu może być opracowane na różne sposoby. Na przykład, możliwe jest wykonywanie konkretnych procedur w odniesieniu do różnych sekwencji obrotu i temperatury w urządzeniu, i następny pomiar nagromadzonej ilości lodu, struktury lodu, pomiar oporu powietrza, gęstości lodu, jak również realizacji opcji w postaci spryskiwania elementu powierzchni cieczą przeciwoblodzeniową. W praktyce, nie wszystkie z tych pomiarów są możliwe do wykonania przed każdym bez wyjątku lotem ze względu na stosowanie cieczy przeciwoblodzeniowej przy dużym natężeniu ruchu, lecz te pomiary mogą, przy mniejszym zagęszczeniu ruchu, sprzyjać optymalizacji modelu matematycznego, zwiększając tym samym znacznie niezawodność raczej krótkotrwałych pomiarów, wykonywanych bezpośrednio przez zastosowaniem cieczy przeciwoblodzeniowej w samolocie.

Fig. 7 przedstawia możliwe zastosowanie wynalazku w połączeniu z systemem eksperckim. Funkcje zawarte w komórkach 21 - 24 są bezpośrednio rozpoznawalne z punktu widzenia zamieszczonych powyżej objaśnień. Tak więc komórka 25 zawiera wyniki, które można osiągnąć za pomocą jednostki kombinacyjnej przedstawionej na fig. 4, jak to objaśniono w kontekście fig. 5. Komórka 26 zawiera informację, z jednej strony, o ostatnim obliczonym wyniku a z drugiej strony o poprzednio obliczonych wynikach, i po porównaniu ich z absolutnie najnowszym wynikiem, możliwe jest optymalizowanie parametrów modelu eksperckiego, tak że w komórce 27 otrzymuje się jeszcze dokładniejsze wyniki, i stosuje się opcję wyznaczania wyniku z wyprzedzeniem czasowym, na przykład 20 minut, patrz komórka 28.

W zasadzie, fig. 8 przedstawia możliwą strukturę globalnej sieci informacji o niebezpieczeństwie oblodzenia. Według niniejszego wynalazku obliczenia można uzupełnić informacją mePL 211 575 B1 teorologiczną. Fig. 8 w uproszczeniu ukazuje fronty niżowe na ich drodze przez Morze Północne i komputer w jednym z portów lotniczych 31 Londynu obecnie zawierający dokładne wiadomości o niebezpieczeństwie oblodzenia i jego rozkładzie podczas przechodzenia frontów. Ta informacja i informacja meteorologiczna może być wykorzystywana najpierw w Billund 32 a następnie w Kopenhadze 33 przy czym korektury występujące podczas przechodzenia frontu można wykorzystywać po przejściu frontu, w porcie lotniczym w Sztokholmie. Opisane znaczne usprawnienia w zakresie bezpieczeństwa ruchu lotniczego byłyby niemożliwe do osiągnięcia za pomocą znanego systemu eksperckiego z empirycznym i bardzo niepewnym znanym dotychczas wyznaczaniem niebezpieczeństwa oblodzenia. Duży stopień dokładności osiągany według wynalazku umożliwia stosowanie do niezawodnej oceny zaawansowanych modeli obliczeniowych w poszczególnych portach lotniczych, tak aby możliwe było podwyższenie w nich niezawodności z wykorzystaniem pomiarów wykonywanych w innych portach lotniczych.

Claims (24)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, przy czym mierzona jest temperatura powietrza oraz oszacowywany jest typ opadu atmosferycznego i ilość opadu, znamienny tym, że obejmuje dokonywanie pomiaru rzeczywistej ilości lodu zawartego w opadzie i zestawianie wyników pomiarów w celu wyznaczenia niebezpieczeństwa osadzania się lodu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje oszacowanie typu opadu na podstawie pomiaru wyznaczającego stosunek zawartości cieczy i zamarzniętych cząstek w opadzie.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje wykonywanie pomiaru wyznaczającego stosunek zawartości cieczy i zamarzniętych cząstek za pośrednictwem znanego pomiaru optycznego, z następnymi obliczeniami.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje wykonywanie pomiaru wyznaczającego ogólną równoważną ilość cieczy w opadzie.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przez obliczenia na podstawie pomiaru punktu rosy wykonywany jest pomiar wyznaczający rzeczywistą ilość lodu w opadzie.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że pomiar wyznaczający rzeczywistą ilość lodu w opadzie wykonywany jest jako pomiar rzeczywistego powstawania lodu.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że pomiar obejmuje wykorzystywanie elementu powierzchniowego o wyznaczonym polu powierzchni i powodowanie, w ciągu wyznaczonego okresu czasu, jego ruchu względem powietrza atmosferycznego, i następne wykonywanie pomiaru ilości lodu gromadzącego się na elemencie powierzchniowym w ciągu tego okresu czasu.
8. 8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że temperatura elementu powierzchniowego jest utrzymywana w zasadzie na poziomie temperatury atmosfery.
9. 9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że temperatura powierzchni jest utrzymywana w ciągu wyznaczonego okresu czasu na innym, wyznaczonym poziomie temperatury.
10. 10. Sposób według zastrz. 7 albo 8, albo 9, znamienny tym, że po pomiarze ilości gromadzącego się lodu, dokonuje się na krótko względnego przemieszczania elementu powierzchniowego względem atmosfery z prędkością znacznie przewyższającą prędkość przed pomiarem, a następnie dokonuje się dodatkowego pomiaru osadzającego się lodu.
11. 11. Sposób według zastrz. 7 albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że względna prędkość elementu powierzchni względem atmosfery jest sterowana przez sterowanie prędkością obrotu jednego lub więcej obrotowych elementów powierzchniowych.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że obejmuje pomiar zdolności adhezyjnej lodu, przez pomiar akumulowanej ilości po pewnej liczbie obrotów z wzajemnie różniącymi się prędkościami.
13. 13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że obejmuje pomiar oporu powietrza między atmosferą a lodem zbierającym się na elemencie powierzchniowym.
14. 14. Sposób według zastrz. 7 albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, znamienny tym, że obejmuje podawanie, przed wykonaniem pomiarów, cieczy przeciwoblodzeniowej o wyznaczonym stężeniu i w wyznaczonej ilości na element powierzchniowy.
15. 15. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, obejmujący podawanie na powierzchnię cieczy przeciwoblo10

    PL 211 575 B1 dzeniowej o wyznaczonym stężeniu i w wyznaczonej ilości, znamienny tym, że niebezpieczeństwo osadzania się lodu jest wyznaczane obliczeniowo na podstawie:

    - wiedzy o typie i stężeniu cieczy;

    - znajomości wyniku pomiaru wyznaczającego proporcję cieczy i cząstek stałych zawartych w opadzie; i

    - znajomoś ci wyniku pomiaru wyznaczają cego bieżąc ą ilość lodu zawartego w opadzie.
16. 16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że niebezpieczeństwo oblicza się i przedstawia w postaci czasu przetrzymywania.
17. 17. Sposób według zastrz. 15, przy czym do oszacowania czasu przetrzymania wykorzystuje się ręczne tablice, przy czym tablice są grupowane odpowiednio do różnych typów opadów, znamienny tym, że do wyznaczenia typu opadu wykorzystywana jest znajomość aktualnej ilości lodu zawartego w opadzie i proporcji w opadzie cząstek stałych do cieczy.
18. 18. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że obejmuje wyznaczanie stężenia i ilości cieczy przeciwoblodzeniowej w funkcji czasu przetrzymania i zmierzonego niebezpieczeństwa osadzania się lodu.
19. 19. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, albo 18, znamienny tym, że do obliczeń wykorzystuje się system ekspercki, który jest skonfigurowany odpowiednio do działania na komputerze, odpowiednio do estymacji niebezpieczeństwa osadzania się lodu na podstawie pomiarów, i odpowiednio do odbierania informacji o rzeczywistej iloś ci gromadzonego lodu, oraz do korygowania parametrów w modelu obliczeniowym do obliczania osadzającej się ilości lodu.
20. 20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że komputer jest utrzymywany w połączeniu komunikacyjnym z innymi komputerami, które są rozmieszczone w różnych miejscach geograficznych; i ż e system ekspercki jest skonfigurowany odpowiednio do obliczania z wyprzedzeniem przyszłych zmian dotyczących niebezpieczeństwa osadzania się lodu, w odpowiedzi na wprowadzane do niego parametry meteorologiczne.
21. 21. Urządzenie do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, znamienne tym, że zawiera kombinację

    - środków optycznych do pomiaru wspó łczynnika odbicia opadu atmosferycznego; i - ś rodki mechaniczne, do poruszania pomiarowego elementu powierzchniowego wzglę dem powietrza i do pomiaru ilości lodu odkładającego się na elemencie powierzchniowym w danym okresie czasu; i

    - ś rodki elektroniczne do zestawiania wyników tych pomiarów.
22. 22. Urządzenie według zastrz. 21, i do obliczania czasu przetrzymania dla cieczy przeciwoblodzeniowej, znamienne tym, że zawiera pamięć danych do przechowywania informacji o wartościach empirycznych czasu przetrzymania w funkcji typu opadu atmosferycznego i stężenia cieczy przeciwoblodzeniowej.
23. 23. Urządzenie według zastrz. 21 albo 22, znamienne tym, że zawiera model matematyczny do oszacowywania lodu osadzającego się wskutek opadu atmosferycznego; i że środki elektroniczne są skonfigurowane odpowiednio do porównywania wartości szacowanych z wartościami zmierzonymi w rzeczywistoś ci, dla iloś ci lodu i dla parametrów korekcyjnych w modelu, dla jego optymalizacji.
24. 24. Układ do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych, znamienny tym, że zawiera pewną liczbę urządzeń do określania niebezpieczeństwa osadzania się lodu wskutek opadów atmosferycznych według zastrz. 21-23, które są rozmieszczone w różnych miejscach geograficznych, i są skonfigurowane odpowiednio do odbierania informacji meteorologicznej o przemieszczaniu się składników atmosferycznych.