Система обнаружения условий обледенения

Система обнаружения условий обледенения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[001] Настоящее изобретение относится в основном к воздушному судну и, в частности, к обнаружению условий обледенения воздушного судна. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу и устройству для обнаружения льда на поверхности воздушного судна.

[002] В авиации условия обледенения в атмосфере могут привести к образованию льда на поверхностях воздушного судна. Кроме того, этот лед также может образовываться внутри двигателя. Образование льда на поверхностях воздушного судна, на входных устройствах двигателя и других местах нежелательно и потенциально небезопасно для эксплуатации воздушного судна.

[003] Условия обледенения могут возникать, когда появляются капли переохлажденной жидкой воды. В этих иллюстративных примерах воду можно рассматривать как переохлажденную, когда вода охлаждена ниже установленной точки замерзания для воды, но еще находится в жидкой форме. Условия обледенения могут быть охарактеризованы размером капель, водностью, температурой воздуха и другими подходящими параметрами. Эти параметры могут влиять на скорость и степень образования льда на воздушном судне.

[004] Когда возникает лед, воздушным судном нельзя управлять должным образом. Например, лед на крыле воздушного судна приводит к сваливанию воздушного судна при малых углах атаки и повышенному сопротивлению воздуха.

[005] Воздушное судно может обладать механизмами для предотвращения обледенения, удаления льда или некоторой их комбинацией, чтобы действовать в этих условиях обледенения. Например, воздушное судно может содержать системы обнаружения, предотвращения и удаления обледенения. Лед может быть удален с использованием противообледенительной текучей среды, инфракрасного нагрева и других подходящих механизмов.

[006] В отношении обнаружения льда на поверхности воздушного судна доступные в настоящее время системы обнаружения льда не могут обнаруживать образование льда на поверхности воздушного судна настолько точно, насколько это необходимо. Используемые в настоящее время системы обнаружения льда могут дать неправильные показания относительно возможности возникновения льда.

[007] Например, одна из систем обнаружения льда регистрирует влажность и температуру. Если влага присутствует в непосредственной близости вокруг воздушного судна, и если температура достаточно низкая, то система обнаружения льда указывает на наличие льда на поверхности воздушного судна. Однако в некоторых случаях лед фактически может отсутствовать на поверхности этого воздушного судна. В зависимости от условий окружающей среды влажность может не привести к образованию льда, пока не будут достигнуты температуры, которые ниже температур, используемых в качестве порога для указания наличия льда. Таким образом, может возникнуть неточное показание наличия льда.

[008] Кроме того, как мелкие, так и крупные переохлажденные капли могут накапливаться на поверхности воздушного судна. Накопление каждого типа переохлажденных капель может привести к разным требованиям обеспечения безопасности. Например, когда крупные переохлажденные капли накапливаются на воздушном судне, эти капли могут стать факторами риска для безопасного полета воздушного судна. При мелких переохлажденных каплях эти капли могут накапливаться на передних краях воздушного судна, не создавая какой-либо опасности для полета воздушного судна. Имеющиеся в настоящее время системы обнаружения льда не могут различать мелкие и крупные переохлажденные капли. Таким образом, может появиться неточная информация относительно типа и опасности льда.

[009] Поэтому необходимы способ и устройство, которые решали бы по меньшей мере некоторые описанные выше проблемы, а также другие возможные проблемы.

Сущность изобретения

[0010] В одном иллюстративном варианте осуществления устройство содержит пьезоэлектрический материал и вибродатчик. Пьезоэлектрический материал обладает поверхностью, расположенной у поверхности средства передвижения. Пьезоэлектрический материал выполнен с возможностью вибрации. Вибродатчик выполнен с возможностью обнаружения изменения вибраций в пьезоэлектрическом материале, который указывает присутствие условия обледенения на поверхности пьезоэлектрического материала.

[0011] В другом иллюстративном варианте осуществления предлагается способ обнаружения наличия условия обледенения. Вибрации вызываются в пьезоэлектрическом материале, связанном с поверхностью средства передвижения. Определяется, присутствует ли условие обледенения на поверхности пьезоэлектрического материала по вибрациям.

[0012] На чертежах и в тексте одним из аспектов является устройство, содержащее пьезоэлектрический материал (304) с поверхностью (318), близкой к поверхности (210) средства (202) передвижения, выполнен с возможностью вибрации, и вибродатчик (308), выполненный с возможностью обнаружения изменения вибрации (202) пьезоэлектрического материала (304), который указывает на наличие условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304).

[0013] В одной из модификаций предлагается устройство, в котором пьезоэлектрический материал (304) и вибродатчик (308) образуют пьезоэлектрический датчик (300). В другой модификации устройство дополнительно содержит виброгенератор (306), выполненный с возможностью вызывать вибрацию пьезоэлектрического материала (304). В еще одной модификации предлагается устройство, в котором пьезоэлектрический материал (304) выполнен с возможностью вибрации со сдвиговыми колебаниями (220). В одной из модификаций предлагается устройство, в котором пьезоэлектрический материал (304) и вибродатчик (308) соединены с кожухом (302), установленным в средстве (202) передвижения таким образом, что поверхность (318) пьезоэлектрического материала (304) размещена по существу заподлицо с поверхностью (210) средства (202) передвижения. В еще одной модификации предлагается устройство, которое предназначено для обнаружения изменения вибрации (212) пьезоэлектрического материала (304), что указывает на присутствие условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304), и в котором вибродатчик (308) выполнен с возможностью обнаружения ряда условий обледенения на поверхности пьезоэлектрического материала (304) на основе изменения вибрации (212).

[0014] В еще одной модификации предлагается устройство, в котором условием обледенения является лед (224) на поверхности (210) средства (202) передвижения и которое дополнительно содержит противообледенительную систему (203), сконструированную для удаления льда (224) с поверхности (210) средства (202) передвижения. В еще одной модификации предлагается устройство, в котором противообледенительная система (230) выбрана одной из следующих: инфракрасного нагревателя, электрического резистивного нагревателя и антиобледенителя. В еще одной модификации устройство дополнительно содержит противообледенительную систему (230), предназначенную для удаления льда (224) с поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304).

[0015] В еще одной модификации предлагается устройство, в котором пьезоэлектрический материал (304) представляет собой первый пьезоэлектрический материал (304) и который дополнительно содержит второй пьезоэлектрический материал (305) со второй поверхностью в непосредственной близости от поверхности (210) средства (202) передвижения, предназначенный для вибрации, причем второй пьезоэлектрический материал (305) по существу идентичен первому пьезоэлектрическому материалу (304). В еще одной модификации предлагается устройство, в котором условие обледенения выбрано по меньшей мере одним из следующих: льдом (224) на поверхности (210) средства (202) передвижения и каплями (232) воды на поверхности (210) средства (202) передвижения в условиях, которые вызывают образование льда (224) из капель воды.

[0016] Одним из аспектов является способ обнаружения условия обледенения, содержащий: создание вибрации (212) в пьезоэлектрическом материале (304), соединенном с поверхностью (210) средства (202) передвижения, и определение наличия условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304) посредством вибраций. В одной из модификаций предлагается способ, в котором определение наличия условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304) посредством вибрации (212) включает мониторинг вибрации (212) в пьезоэлектрическом материале (304) и определение того, является ли изменение вибрации (212) достаточно большим, чтобы служить признаком наличия условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304).

[0017] В другой модификации способ дополнительно включает выполнение операции (228), после того как определено наличие условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала. В еще одной модификации предлагается способ, в котором выполнение операции (228), после того как определено условие обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304), включает индикацию ряда условий обледенения (после того как определено наличие условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304)).

[0018] В еще одной модификации предлагается способ, в котором выполнение операции (228), после того как определено наличие условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304), включает инициализацию операции (228) противообледенительной системы (230) (после того как определено наличие условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304)). В еще одной модификации предлагается способ, в котором инициализация операции (228) противообледенительной системы (230), после того как определено наличие условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304), включает инициализацию операции (228) противообледенительной системы (230) (после того как определено наличие условия обледенения на поверхности (318) пьезоэлектрического материала (304)), причем противообледенительная система (230) выбрана по меньшей мере одной из следующих: инфракрасный нагреватель, электрический резистивный нагреватель и антиобледенитель.

[0019] В еще одной модификации предлагается способ, в котором причина вибрации (212) в пьезоэлектрическом материале (304), соединенном с поверхностью (210) средства (202) передвижения, включает причину вибрации (212) в пьезоэлектрическом материале, соединенном с поверхностью (210) средства (202) передвижения, причем пьезоэлектрический материал (304) выбран одним из следующих: пьезоэлектрического кристалла, пьезоэлектрической керамики, кварца и фосфата галлия. В еще одной модификации предлагается способ, в котором причина вибрации (212) в пьезоэлектрическом материале (304), соединенном с поверхностью (210) средства (202) передвижения, включает причину вибрации (212) со сдвиговыми колебаниями (220) в пьезоэлектрическом материале (304), соединенном с поверхностью (210) средства (202) передвижения. В еще одной модификации предлагается способ, в котором причина вибрации (212) в пьезоэлектрическом материале (304), соединенном с поверхностью (210) средства (202) передвижения, включает причину вибрации (212) в пьезоэлектрическом материале (304), соединенном с поверхностью (210) средства (202) передвижения, в котором пьезоэлектрический материал (304) и вибродатчик (308) соединены с кожухом (302), установленным в средстве передвижения, чтобы поверхность (318) пьезоэлектрического материала (304) была расположена по существу заподлицо с поверхностью (210) средства (202) передвижения.

[0020] Особенности и функции могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления настоящего изобретения или могут быть скомбинированы в других вариантах осуществления, в которых могут проявиться дополнительные детали из следующего описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

[0021] Новые признаки, считающиеся существенными признаками иллюстративных вариантов осуществления, изложены далее в заявленной формуле изобретения. Однако иллюстративные варианты осуществления, а также предпочтительный способ использования, дополнительные цели и признаки наилучшим образом поясняются следующим подробным описанием иллюстративного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

[0022] на фиг. 1 показано воздушное судно по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0023] на фиг. 2 показана блок-схема средств обнаружения условий обледенения по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0024] на фиг. 3 показана блок-схема пьезоэлектрического датчика по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0025] на фиг. 4 показана блок-схема пакета данных, которые могут быть получены пьезоэлектрическим датчиком по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0026] на фиг. 5 показан пьезоэлектрический датчик по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0027] на фиг. 6 показан вид в сечении пьезоэлектрического датчика, установленного в фюзеляже воздушного судна по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0028] на фиг. 7 показана схема последовательности операций способа обнаружения условий обледенения по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0029] на фиг. 8 показана схема последовательности способа обнаружения вибрации в пьезоэлектрическом датчике по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0030] на фиг. 9 показана схема последовательности операций способа определения наличия условия обледенения по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0031] на фиг. 10 показана система обработки данных по одному иллюстративному варианту осуществления;

[0032] на фиг. 11 показан способ изготовления и обслуживания воздушного судна по одному иллюстративному варианту осуществления; и

[0033] на фиг. 12 показано воздушное судно, в котором может быть реализован иллюстративный вариант осуществления.

Подробное описание

[0034] В иллюстративных вариантах осуществления принято во внимание и учтено множество различных соображений. Например, в иллюстративных вариантах осуществления принято во внимание и учтено, что в отличие от обнаружения наличия влаги и температуры около воздушного судна обнаружение фактического наличия льда или жидкости на поверхности воздушного судна может повысить точность обнаружения льда или жидкости на воздушном судне.

[0035] Например, в иллюстративных вариантах осуществления принято во внимание и учтено, что использование датчика с поверхностью, которая вибрирует, может обеспечить более точное указание наличия условия обледенения. Например, вибрации могут меняться по-разному, когда на поверхности датчика присутствуют вода или лед.

[0036] На чертежах и, в частности, на фиг. 1, показано воздушное судно по одному иллюстративному варианту осуществления. В этом иллюстративном примере воздушное судно 100 обладает крылом 102 и крылом 104, присоединенными к фюзеляжу 106. Воздушное судно 100 также содержит двигатель 108, присоединенный к крылу 102, и двигатель 110, присоединенный к крылу 104.

[0037] Фюзеляж 106 имеет носовой отсек 112 и хвостовой отсек 114. Носовой отсек 112 представляет собой переднюю часть воздушного судна 100, а хвостовой отсек 114 - заднюю часть воздушного судна 100. Горизонтальный стабилизатор 116, горизонтальный стабилизатор 118 и вертикальный стабилизатор 120 присоединены к хвостовому отсеку 114 фюзеляжа 106.

[0038] Воздушное судно 100 представляет собой пример воздушного судна, в котором система 122 обнаружения условий обледенения может быть реализована по некоторому иллюстративному варианту осуществления. В этих иллюстративных примерах система 122 обнаружения условий обледенения содержит датчики 124 на поверхности 126 воздушного судна 100.

[0039] В этих иллюстративных примерах один датчик из датчиков 124 может содержать пьезоэлектрический материал. Пьезоэлектрический материал обладает поверхностью, близкой к поверхности 126 воздушного судна 100, и выполнен с возможностью вибрации. Когда лед образуется на поверхности пьезоэлектрического материала, вибрации в пьезоэлектрическом материале меняются. Изменение вибраций в пьезоэлектрическом материале может быть использовано для определения наличия льда на поверхности пьезоэлектрического материала. Кроме того, количество льда, который нарос на поверхности пьезоэлектрического материала, также может быть идентифицирован посредством изменений вибрации пьезоэлектрического материала с течением времени.

[0040] В этих иллюстративных примерах датчики 124 в системе 122 обнаружения условий обледенения могут быть расположены в различных местах на поверхности 126 воздушного судна 100. Как показано на чертеже, датчики 124 включают датчики 130, 132, 134, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 146 и 148.

[0041] В этих иллюстративных примерах датчики 130, 132 и 134 расположены на фюзеляже 106 воздушного судна 100. В этом иллюстративном примере датчик 130 расположен на верхней стороне 150 фюзеляжа 106. Датчик 132 расположен на боковой стороне 152 фюзеляжа 106, а датчик 134 расположен на боковой стороне 154 фюзеляжа 106. Боковые стороны 152 и 154 расположены напротив друг друга на фюзеляже 106. В этом иллюстративном примере датчик 134 показан пунктиром на боковой стороне 154 фюзеляжа 106.

[0042] В этих иллюстративных примерах датчики 130, 132 и 134 расположены у или выше горизонтальной центральной линии 156 на фюзеляже 106. За счет относительного положения этих датчиков датчики 130, 132 и 134 могут находиться в местах, в которых устранено или снижено воздействие грязи на взлетно-посадочной полосе, когда воздушное судно 100 выруливает на взлетно-посадочную полосу.

[0043] Датчик 136 и датчик 138 расположен на кожухе двигателя 108 и двигателя 110 соответственно. Датчики 137, 139 и 140 расположены на крыле 102, а датчики 141, 142 и 143 расположены на крыле 104. Датчик 146 расположен на горизонтальном стабилизаторе 116, а датчик 144 расположен на горизонтальном стабилизаторе 118. Датчик 148 расположен на вертикальном стабилизаторе 120.

[0044] Иллюстрация датчиков 124 не означает, что подразумеваются физические или структурные ограничения способа, по которому датчики могут быть расположены на воздушном судне 100 или другом воздушном судне. В этих иллюстративных примерах хотя 14 датчиков показаны в качестве датчиков 124, может быть реализовано другое множество датчиков. Например, только один датчик может присутствовать в системе 122 обнаружения условий обледенения вместо множества датчиков 124. Используемый в настоящем документе термин "множество" при использовании со ссылкой на некоторые позиции означает одну или более позиций. Другими словами, число датчиков 124 составляет один или более датчиков.

[0045] Распределение датчиков 124 на поверхности 126 воздушного судна 100 позволяет системе 122 обнаружения условий обледенения обнаруживать различные типы распределения обледенения на участках поверхности 126 воздушного судна 100. Например, условия обледенения на крыле 102 воздушного судна 100 могут быть различны на разных участках крыла 102. Например, капли льда могут накапливаться гуще около датчика 137, чем около датчика 140. В результате система 122 обнаружения условий обледенения может быть использована для определения возникновения рисков для безопасного полета воздушного судна 100, в зависимости от распределения льда на крыле 102 или других участках воздушного судна 100.

[0046] Система 122 обнаружения условий обледенения также может обнаруживать условия обледенения до образования льда. Например, система 122 обнаружения условий обледенения может обнаруживать капли воды в условиях, когда капли воды могут образовывать лед. Другими словами, условием обледенения может быть по меньшей мере одно из следующих: льда на поверхности и капель воды на поверхности в условиях, которые вызывают образование льда из капель воды.

[0047] Используемая в настоящем документе фраза "по меньшей мере один из", при использовании со списком позиций, означает различные комбинации одной или более из перечисленных позиций, которые могут быть использованы, и только одна из каждых позиций в списке может быть востребована. Например, "по меньшей мере одна из позиций А, В и С" может включать, без ограничения, позицию А или позицию А и позицию В. Этот пример также может включать позицию А, позицию В и позицию С, или позицию В и позицию С.

[0048] На фиг. 2 показана блок-схема средств обнаружения льда по одному иллюстративному варианту осуществления. Средства 200 обнаружения условий обледенения представляют собой средства, с помощью которых для средства 202 передвижения может быть выполнено обнаружение льда. В этом иллюстративном примере средством 202 передвижения может быть воздушное судно 100 по фиг. 1.

[0049] Система 204 обнаружения условий обледенения может быть присоединена к средству 202 передвижения. Когда один компонент "присоединен" к другому компоненту, в описанных примерах это присоединение является физическим присоединением. Например, первый компонент, система 204 обнаружения условий обледенения, может считаться присоединенной ко второму компоненту, средству 202 передвижения, посредством скрепления со вторым компонентом, приклеивания ко второму компоненту, монтажа на втором компоненте, приваривания ко второму компоненту, прикрепления ко второму компоненту и/или присоединения ко второму компоненту некоторым другим подходящим образом. Первый компонент также может быть присоединен ко второму компоненту с использованием третьего компонента. Первый компонент также может считаться соединенным со вторым компонентом посредством формирования в качестве части и/или продолжения второго компонента.

[0050] В этих иллюстративных примерах система 204 обнаружения условий обледенения имеет форму пьезоэлектрической системы 206 обнаружения условий обледенения. Пьезоэлектрическая система 206 обнаружения условий обледенения содержит множество пьезоэлектрических датчиков 208. Как показано на чертеже, множество пьезоэлектрических датчиков 208 может быть расположено по существу заподлицо или в одной плоскости с поверхностью 210 средства 202 передвижения.

[0051] В этих иллюстративных примерах множество пьезоэлектрических датчиков 208 генерирует вибрации 212. Вибрации 212 могут быть использованы для определения того, присутствует ли лед 224 на поверхности 210 средства 202 передвижения.

[0052] Пьезоэлектрическая система 206 обнаружения условий обледенения также содержит систему 214 генерирования вибраций, система 216 обнаружения вибраций и контроллер 218. Система 214 генерирования вибраций представляет собой аппаратное обеспечение, предназначенное для генерирования электрических сигналов, которые вызывают генерирование вибраций 212 множеством пьезоэлектрических датчиков 208.

[0053] В этих иллюстративных примерах вибрации 212 представляют собой сдвиговые колебания 220. Вибрации 212 типа сдвиговых колебаний 220 представляют собой волны, движущиеся в направлении, которое по существу перпендикулярно направлению, в котором распространяются волны.

[0054] Система 216 обнаружения вибраций сконструирована для обнаружения вибрации 212. В частности, система 216 обнаружения вибраций может обнаруживать частоту вибраций 212. Система 216 обнаружения вибраций сконструирована для генерирования данных 222. В этих иллюстративных примерах данные 222 могут представлять собой, в качестве примера, а не ограничения, по меньшей мере один из следующих параметров: частотное распределение, амплитуду, фазу одних вибраций 212 относительно других вибраций 212 или некоторый другой подходящий параметр. Кроме того, в данных 222 могут присутствовать и быть обнаружеными многочисленные вибрации с различными частотами.

[0055] Данные 222 используются контроллером 218 для определения наличия льда 224 на поверхности 210 средства 202 передвижения. Контроллер 218 может быть реализован в виде аппаратного обеспечения, программного обеспечения или их комбинации. В этих иллюстративных примерах контроллер 218 может быть реализован в виде компьютерной системы 226. Компьютерная система 226 представляет собой один или более компьютеров. Когда в компьютерной системе 226 присутствуют более одного компьютера, эти компьютеры могут быть связаны друг с другом посредством среды связи, такой как сеть.

[0056] Когда используется программное обеспечение, операции, выполняемые компонентами, могут быть реализованы в программном коде, предназначенном для запуска в процессорном блоке. Когда используется аппаратное обеспечение, то это обеспечение может содержать схемы, предназначенные для выполнения операций в компонентах.

[0057] В этих иллюстративных примерах аппаратное обеспечение может быть в виде электронной схемы, интегральной схемы, специализированных интегральных схем (ASIC), программируемого логического устройства или некоторого другого аппаратного обеспечения подходящего типа, предназначенного для выполнения множества операций. В случае программируемого логического устройства, это устройство конфигурируется для выполнения множества операций. Устройство может быть позже переконфигурировано или может быть конфигурировано необратимо для выполнения множества операций. Примеры программируемых логических устройств включают, например, программируемую логическую матрицу, программируемую матричную логику, логическую матрицу, программируемую пользователем, программируемую пользователем вентильную матрицу и другие подходящие аппаратные средства. Кроме того, рабочие элементы могут быть реализованы в виде органических компонентов, объединенных с неорганическими компонентами, и/или могут состоять полностью из органических компонентов, за исключением человека. Например, рабочие элементы могут быть реализованы в виде схем на органических полупроводниках.

[0058] Контроллер 218 анализирует данные 222 для определения того, служат ли вибрации 212 на любом из множества пьезоэлектрических датчиков 208 признаком наличия льда 224 на поверхности 210 средства 202 передвижения. Кроме того, контроллер 218 также позволяет определить массу льда 224, обнаруженного на поверхности 210 средства 202 передвижения.

[0059] В результате обнаружения наличия льда 224 на поверхности 210 средства 202 передвижения контроллером 218 может быть выполнена операция 228. Операция 228 может принимать множество различных форм. Например, операция 228 может быть по меньшей мере одной из следующих: генерирование сигнала тревоги, указывающего на наличие льда 224, инициализации срабатывания противообледенительной системы 230 и других подходящих операций.

[0060] В этих иллюстративных примерах сигнал тревоги может включать визуальный индикатор, звук или другой подходящий сигнал тревоги, который может быть предусмотрен для оператора средства 202 передвижения. В некоторых случаях сигнал тревоги также может быть передан оператору или компьютерной системе, расположенных на удалении от средства 202 передвижения.

[0061] Противообледенительная система 230 предназначена для удаления льда 224 с поверхности 210 средства 202 передвижения. Кроме того, противообледенительная система 230 также может быть предназначена для удаления льда с множества пьезоэлектрических датчиков 208. Противообледенительная система 230 может принимать множество различных форм. В качестве примера, а не ограничения, противообледенительная система 230 может быть выбрана по меньшей мере одной из следующих: инфракрасного нагревателя, электрического резистивного нагревателя, антиобледенителя и других подходящих типов противообледенительных устройств.

[0062] Дополнительно система 204 обнаружения условий обледенения также может обнаружить условия на поверхности 210, где лед 224 может образоваться, до образования льда 224 на поверхности 210 средства 202 передвижения. Например, множество пьезоэлектрических датчиков 208 в системе 204 обнаружения условий обледенения может обнаружить капли 232 воды, которые достигают множества пьезоэлектрических датчиков 208 на поверхности 210 средства 202 передвижения в условиях, при которых может образоваться лед 224. Обнаружение льда 224, капель 232 воды или как льда 224, так и капель 232 воды может быть использовано для идентификации наличия одного или более типов условий обледенения. Другими словами, условие обледенения может включать в себя наличие льда 224 на поверхности 210, обнаружение капель 232 воды на поверхности 210, когда внешние условия могут привести к образованию льда 224 из капель 232 воды, или оба варианта.

[0063] На фиг. 3 показана блок-схема пьезоэлектрического датчика по одному иллюстративному варианту осуществления. Пьезоэлектрический датчик 300 является примером одного из пьезоэлектрических датчиков 208 по фиг. 2.

[0064] Как показано на чертеже, пьезоэлектрический датчик 300 содержит кожух 302, пьезоэлектрический материал 304, пьезоэлектрический материал 305, виброгенератор 306, температурный датчик 307, вибродатчик 308 и нагреватель 309. В этих иллюстративных примерах пьезоэлектрический материал 304, пьезоэлектрический материал 305, виброгенератор 306, температурный датчик 307, вибродатчик 308 и нагреватель 309 присоединены к кожуху 302. Температурный датчик 307 может быть использован для мониторинга температуры пьезоэлектрического материала 304.

[0065] Кожух 302 представляет собой структуру, предназначенную для монтажа в средстве 202 передвижения. В частности, кожух 302 может быть выполнен с возможностью монтажа по существу заподлицо или в одной плоскости с поверхностью 210 средства 202 передвижения. Когда кожух 302 смонтирован по существу заподлицо с поверхностью 210 средства 202 передвижения, кожух 302 и различные компоненты, присоединенные к кожуху 302, не могут увеличивать лобовое сопротивление средства 202 передвижения, когда средство 202 передвижения находится в движении.

[0066] Пьезоэлектрический материал 304 представляет собой материал, в котором между электрическим состоянием и механическим состоянием существует электромеханическое взаимодействие. В этих иллюстративных примерах пьезоэлектрический материал 304 имеет форму кристаллов 310. В этих иллюстративных примерах пьезоэлектрический материал 304 выполнен с возможностью вибрации, когда электрический заряд прикладывается к пьезоэлектрическому материалу 304.

[0067] Пьезоэлектрический материал 305 может быть в виде кристаллов 311. В этих иллюстративных примерах пьезоэлектрический материал 305 выбран по существу идентичным пьезоэлектрическому материалу 304. Другими словами, пьезоэлектрический материал 304 и пьезоэлектрический материал 305 могут быть выбраны в виде одного и того же материала и обладают по существу одними и теми же размерами.

[0068] Пьезоэлектрический материал 304 и пьезоэлектрический материал 305 могут быть выбраны из множества различных материалов. В качестве примера, а не ограничения, пьезоэлектрический материал 304 и пьезоэлектрический материал 305 могут быть одним из следующих материалов: пьезоэлектрический кристалл, пьезоэлектрическая керамика, кварц, фосфат галлия и другие подходящие материалы.

[0069] Виброгенератор 306 представляет собой аппаратное обеспечение и также может включать программное обеспечение. В этом иллюстративном примере виброгенератор 306 показан на примере устройства, которое может быть реализовано в системе 214 генерирования вибраций по фиг. 2.

[0070] Как показано на чертеже, виброгенератор 306 электрически подключен к пьезоэлектрическому материалу 304 и пьезоэлектрическому материалу 305. Виброгенератор 306 предназначен, чтобы вызывать вибрации 312 в пьезоэлектрическом материале 304 и вибрации 313 в пьезоэлектрическом материале 305.

[0071] В этом иллюстративном примере вибрации 312 представляют собой сдвиговые колебания 314. Кроме того, вибрации 313 могут включать сдвиговые колебания 315. Вибрации 312 со сдвиговыми колебаниями 314 и вибрации 313 со сдвиговыми колебаниями 315 представляют собой волны со смещением в направлении, которое по существу перпендикулярно направлению распространения волны.

[0072] В этих иллюстративных примерах пьезоэлектрический материал 304 и пьезоэлектрический материал 305 могут реагировать по-разному на различные типы условий. Например, капли жидкости могут в меньшей степени нарушать работу пьезоэлектрического материала 304 и пьезоэлектрического материала 305, чем переохлажденные капли. Другими словами, вибрации 212 со сдвиговыми колебаниями 314 и вибрации 313 со сдвиговыми колебаниями 315 могут не возникать для капель жидкости так, как это происходит с переохлажденными каплями. В результате, пьезоэлектрический датчик 300 может отличить нагрузку от жидкости и нагрузку ото льда на поверхности пьезоэлектрического материала.

[0073] Как показано на чертеже, наличие двух типов капель воды может указывать различные типы условий обледенения. Например, первый тип условия обледенения и второй тип условия обледенения могут быть вызваны каплями воды различного размера. Хотя диапазоны высот над уровнем моря, температур и водности могут быть одними и теми же, единственным различием между первым и вторым типами условия обледенения является размер капель.

[0074] В данных иллюстративных примерах эти условия обледенения могут возникать при различных высотах над уровнем моря и температурах, что вызывает образование льда на средстве 202 передвижения, когда средством 202 передвижения является воздушное судно 100. Например, условия обледенения могут присутствовать на высоте над уровнем моря выше 30000 футов, когда температура составляет от около -40 до около нуля градусов Цельсия. Безусловно, возможны другие высоты и температуры, на которых может образовываться лед из воды, контактирующей с поверхностью 126 воздушного судна 100. Условия обледенения также могут присутствовать, когда водность в каплях составляет от примерно 0,4 до примерно 2,8 г/м³ при диапазонах высот и температур, описанных выше.

[0075] В этих иллюстративных примерах первый тип условия обледенения может присутствовать, когда размер капель составляет от примерно 0,00465 до примерно 0,111 мм в диаметре. Капли этого размера можно назвать нормальными каплями. Второй тип условия обледенения может присутствовать, когда размер капель включает капли, которые обладают диаметром больше около 0,111 мм. Капли с размером больше около 0,111 мм можно назвать крупными каплями и, в частности, можно назвать переохлажденными крупными каплями при выбранных условиях высоты, температуры и водности. Вода считается переохлажденной, когда она охлаждена до температуры ниже установленной точки замерзания для воды, но еще находится в жидкой форме.

[0076] Как показано на чертеже, пьезоэлектрический датчик 300 может быть выполнен с возможностью обнаружения льда, образованного каплями воды с первым множеством размеров. Кроме того, пьезоэлектрический датчик 300 может быть выполнен с возможностью обнаружения льда, образованного каплями воды со вторым множеством размеров. В этих иллюстративных примерах первое множество размеров меньше, чем второе множество размеров. Различные условия могут быть обнаружены на основе размещения пьезоэлектрического датчика 300 на воздушном судне 100 по фиг. 1.

[0077] Например, первое множество размеров может составлять от примерно 0,00465 до примерно 0,111 мм в диаметре. Второе множество размеров может составлять от примерно 0,112 до примерно 2,2 мм в диаметре.

[0078] Второе множество размеров капель воды может представлять собой капли воды, которые считаются каплями переохлажденной воды. Таким образом, эти капли переохлажденной воды могут представлять собой переохлажденные крупные капли.

[0079] Вибрации 312 могут меняться, когда лед 316 находится на поверхности 318 пьезоэлектрического материала 304. В этих приведенных примерах поверхность 318 подвержена действию окружающей среды. В этом иллюстративном примере изменения вибрации 312 отличаются для льда 316 на поверхности 318 в противоположность случаю, когда лед 316 отсутствует на поверхности 318. Кроме того, изменения вибрации 312 отличаются, когда жидкость 320 присутствует на поверхности 318. Другими словами, изменения вибрации 312 могут быть использованы для нахождения разницы между наличием жидкости 320 или льда 316 на поверхности 318 пьезоэлектрического материала 304.

[0080] В этих иллюстративных примерах вибрации 313 не меняются при наличии льда 316. Пьезоэлектрический материал 305 не подвергается действию планера воздушного судна в том смысле, что позволяет образовываться льду 316 на пьезоэлектрическом материале 305. Однако пьезоэлектрический материал 305 может подвергаться воздействию тех же температур, что и пьезоэлектрический материал 304.

[0081] Это воздействие температур может быть таким, что и