(57)【要約】  着氷装置が開示される。着氷装置は、長手方向軸、側壁、ならびに上端部および底端部を有する中央チャンバを有する円柱を備える。着氷装置はまた、チャンバの上端部を閉じるとともに、水滴を生成する液滴吐出デバイスを含む上部ユニットと、チャンバの底端部を閉じ、ターゲットを含む底部ユニットと、試験中にチャンバを冷却し、それにより、水滴を冷却し、それにより、試験中の使用時に、着氷の層がターゲット上に形成されるように構成されているチャンバ冷却手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
着氷装置であって、
長手方向軸、側壁、ならびに上端部および底端部を有する中央チャンバを有する円柱と、
前記チャンバの前記上端部を閉じるとともに、水滴を生成する液滴吐出デバイスを含む上部ユニットと、
前記チャンバの前記底端部を閉じ、ターゲットを含む底部ユニットと、
試験中に前記チャンバを冷却し、それにより、前記水滴を冷却し、それにより、前記試験中の使用時に、着氷の層が前記ターゲット上に形成されるように構成されている、チャンバ冷却手段と、
を備える、着氷装置。
【請求項２】
前記チャンバ冷却手段は、前記試験中に前記チャンバを冷却するように構成される中で、前記水滴が前記液滴吐出デバイスから前記ターゲットに向かって前記チャンバを移動する際に、前記水滴を冷却または過冷却するように構成されている、請求項１に記載の着氷装置。
【請求項３】
前記チャンバ冷却手段は、前記チャンバの前記上端部と前記底端部との間に温度勾配を生成するように構成されている、請求項１または２に記載の着氷装置。
【請求項４】
前記側壁が複数の管状セグメントを含み、前記管状セグメントが互いの上に解放可能に積まれている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項５】
前記チャンバ冷却手段は、前記側壁内に少なくとも１つの壁空洞と、冷却流体を前記少なくとも１つの空洞に通すための入口および出口とを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項６】
各管状セグメントが１つの壁空洞を画定し、各管状セグメントが、冷却流体を前記壁空洞に通すための入口および出口を備える、請求項４に従属するときの請求項５に記載の着氷装置。
【請求項７】
試験と試験との間に前記チャンバを加熱するためのチャンバ加熱手段をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項８】
前記チャンバ加熱手段は、前記円柱の周囲に少なくとも１つのヒータジャケットを含む、請求項７に記載の着氷装置。
【請求項９】
前記側壁が複数の管状セグメントを含み、前記チャンバ加熱手段が、前記円柱の複数の管状セグメントの各々の周りにヒータジャケットを含む、請求項８に記載の着氷装置。
【請求項１０】
前記円柱の周囲に少なくとも１つの断熱ジャケットを備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項１１】
前記装置がチャンバ加熱手段を備え、前記チャンバ加熱手段が、前記円柱の周囲に少なくとも１つのヒータジャケットを含み、前記断熱ジャケットまたは各断熱ジャケットがヒータジャケットの周りにある、請求項１０に記載の着氷装置。
【請求項１２】
前記液滴吐出デバイスに供給される水の温度を制御するための温度制御手段を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項１３】
前記温度制御手段が少なくとも１つのヒータを含む、請求項１２に記載の着氷装置。
【請求項１４】
前記温度制御手段は、前記液滴吐出デバイスに供給される前記水を加熱するように構成された貯水槽ヒータを含む、請求項１３に記載の着氷装置。
【請求項１５】
前記温度制御手段は、給水配管内の水を加熱するように構成された給水配管ヒータを含む、請求項１３または１４に記載の着氷装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのヒータを制御するように構成された水温コントローラを備える、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項１７】
前記チャンバ内の温度を測定するための少なくとも１つの温度センサを備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項１８】
前記チャンバ内の圧力を測定するための少なくとも１つの圧力センサを備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの温度センサおよび／または前記少なくとも１つの圧力センサによって出力される信号を受信するように構成された少なくとも１つのコントローラを備える、請求項１７または請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
ある量の流体を前記チャンバ内に導入し、前記チャンバ内の前記ある量の流体をシールするためのバルブ手段を備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項２１】
前記チャンバ内に減圧を生成するための圧送手段を備える、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１つの温度センサによって前記少なくとも１つのコントローラに出力されている信号に基づいて前記チャンバ内部の温度を制御するように、前記チャンバ冷却手段を制御するように構成されている、請求項１７に従属するときの請求項１９に記載の着氷装置。
【請求項２３】
ある量の気体を前記チャンバ内に導入し、前記チャンバ内の前記ある量の気体をシールするためのバルブ手段、および／または、前記チャンバ内に減圧を生成するための圧送手段を備える、請求項１８に従属するときの請求項１９に記載の着氷装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１つの圧力センサによって前記少なくとも１つのコントローラに出力されている信号に基づいて、前記チャンバ内部の圧力を制御するように、前記バルブ手段および／または前記圧送手段を制御するように構成されている、請求項２３に記載の着氷装置。
【請求項２５】
前記液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を制御するための加圧手段を備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項２６】
前記円柱は、前記装置の前記底部ユニットに解放可能に取り付けられる、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項２７】
前記ターゲットの前記装置の外部からの観察を可能にするように構成されたビューイングポートを備える、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項２８】
前記底部ユニットが、氷付着試験デバイスの形態である、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項２９】
前記ターゲットは、使用時に、氷の層が形成されるウェルの形態であり、前記ターゲットは、前記ウェルの底部にあるサンプルプレートと、前記サンプルプレートの周りに周方向に位置決めされ、前記ウェルの側壁を提供する氷係合要素とを備える、請求項２８に記載の着氷装置。
【請求項３０】
前記サンプルプレートは、前記氷係合要素に対して回転可能である、請求項２９に記載の着氷装置。
【請求項３１】
前記氷付着試験デバイスは、使用時に、前記着氷の層の抵抗に対抗して、前記氷係合素子に対して前記サンプルプレートを回転させるよう試行するための、前記サンプルプレートと前記氷係合要素との間の回転トルクを加えるためのトルク手段と、前記回転トルクを測定するためのトランスデューサ手段とをさらに備える、請求項３０に記載の着氷装置。
【請求項３２】
前記氷係合要素は、前記氷係合要素に対する前記着氷の層の回転を防止するために、前記着氷の層に係止するための凹部を有する内周壁を有する、請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項３３】
前記底部ユニットは、ランバックアイス試験デバイスの形態である、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の着氷装置。
【請求項３４】
前記ターゲットは、突出した熱障壁によって第１の区画と第２の区画とに分離された上面を有するプラットフォームを備える、請求項３３に記載の着氷装置。
【請求項３５】
前記ランバックアイス試験デバイスは、前記第２の区画が前記第１の区画の上にあるように前記プラットフォームを傾斜させるように構成されたプラットフォーム傾斜手段をさらに備える、請求項３４に記載の着氷装置。
【請求項３６】
前記ランバックアイス試験デバイスは、使用中に前記プラットフォームの前記第２の区画上に着氷の層が形成されるとき、前記プラットフォームの前記第１の区画に着氷が実質的にないままにするために、前記プラットフォームの前記第１の区画の局部的な加熱を生成するための第１のヒータ手段をさらに備える、請求項３５に記載の着氷装置。
【請求項３７】
前記ランバックアイス試験デバイスは、前記プラットフォームの前記第２の区画の局部的な加熱を生成するための第２のヒータ手段をさらに備える、請求項３６に記載の着氷装置。
【請求項３８】
前記プラットフォームの前記第２の区画の局部的な加熱を生成するための前記第２のヒータ手段は、さらに、前記プラットフォームが傾斜しているときに、融解した氷の、前記着氷の層から前記障壁を越えて前記プラットフォームの下側の前記第１の区画へのランバックを生成するためのものであり、前記着氷装置は、前記第１のヒータ手段および前記第２のヒータ手段を独立してオンオフするヒータ手段コントローラをさらに備える、請求項３７に記載の着氷装置。
【請求項３９】
前記ヒータ手段コントローラは、付加的に、前記第１のヒータ手段および前記第２のヒータ手段が加熱される温度を制御するためのものである、請求項３８に記載の着氷装置。
【請求項４０】
請求項１〜３９のいずれか一項に記載の着氷装置を動作させる方法であって、水滴を生成するように前記液滴吐出デバイスを動作させることと、前記チャンバ冷却手段によって、着氷の層が前記ターゲット上に形成されるように前記水滴を冷却することとを含む、方法。
【請求項４１】
前記水滴が前記液滴吐出デバイスから前記ターゲットまでチャンバを下方に移動する際に前記水滴を冷却することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記水滴が前記ターゲット上に着いた後に前記水滴を冷却することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記液滴吐出デバイスによる水滴の生成を、間隔をあけて中断することを含む、請求項４０〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記着氷装置の前記中央チャンバ内に温度勾配を生成することを含む、請求項４０〜４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
前記上部ユニットに近位の前記チャンバの一部分を０℃より高い温度に冷却することと、前記底部ユニットに近位の前記チャンバの一部分を０℃以下の温度に冷却することとを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記上部ユニットに近位の前記チャンバの一部を２０℃まで、または１５℃まで、または１０℃までの温度に冷却することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記底部ユニットに近位の前記チャンバの一部分を０℃と−４０℃との間の温度に冷却することを含む、請求項４５または４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記着氷装置がチャンバ加熱手段を備える場合、前記チャンバ内に温度勾配を生成するように前記中央チャンバの一部を加熱するように、前記チャンバ加熱手段を動作させることを含む、請求項４０〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記上部ユニットに近位の前記チャンバの一部分を加熱するように、前記チャンバ加熱手段を動作させることを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記チャンバ加熱手段が前記円柱の周りに少なくとも１つのヒータジャケットを含む場合、前記チャンバ内に温度勾配を生成するように前記中央チャンバの一部分を加熱するように、前記少なくとも１つのヒータジャケットを動作させることを含む、請求項４８または４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記上部ユニットに近位の前記チャンバの前記部分を加熱するように、前記装置の前記上部ユニットに近位の前記中央チャンバの一部分の周囲のヒータジャケットを動作させることを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記中央チャンバの第１の部分を加熱するように、第１のヒータジャケットを動作させることと、前記中央チャンバの第２の部分を加熱するように、第２のヒータジャケットを動作させることとを含み、前記チャンバの第２の部分を、前記チャンバの前記第１の部分よりも高い温度に加熱するように、前記第２のヒータジャケットを前記第１のヒータジャケットよりも高い温度に加熱することを含む、請求項５０または５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記第２のヒータジャケットは、前記装置の前記上部ユニットに近位の前記中央チャンバの一部分の周りにある、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記チャンバ冷却手段が複数の管状セグメントを含み、各管状セグメントが壁空洞を画定し、各管状セグメントが、冷却流体をそれぞれの前記壁空洞に通すための入口と出口とを含み、前記方法は、冷却流体を第１の前記管状セグメントの前記壁空洞に通し、前記第１の前記管状セグメントによって画定される前記中央チャンバの前記部分を、第２の前記管状セグメントによって画定される前記中央チャンバの前記部分よりも低い温度に冷却するように、前記冷却流体が前記第１の前記管状セグメントの前記壁空洞に通される体積流量よりも低い体積流量において、冷却流体を前記第２の前記管状セグメントの前記壁空洞に通すことにより、前記着氷装置の前記中央チャンバ内に温度勾配を生成することを含む、請求項４４〜５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記チャンバ冷却手段が複数の管状セグメントを含み、各管状セグメントが壁空洞を画定し、各管状セグメントが、冷却流体をそれぞれの前記壁空洞に通すための入口と出口とを含み、前記方法は、第１の前記管状セグメントによって画定される前記中央チャンバの前記部分を、第２の前記管状セグメントによって画定される前記中央チャンバの前記部分よりも低い温度に冷却するように、第１の冷却流体を前記第１の前記管状セグメントの前記壁空洞に通し、第２の冷却流体を前記第２の前記管状セグメントの前記壁空洞に通すことにより、前記着氷装置の前記中央チャンバ内に温度勾配を生成することを含み、前記第１の冷却流体は、前記第２の冷却流体よりも低い温度にある、請求項４４〜５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記チャンバ冷却手段が複数の管状セグメントを含み、各管状セグメントが壁空洞を画定し、各管状セグメントが、冷却流体をそれぞれの前記壁空洞に通すための入口と出口とを含み、前記方法は、第１の前記管状セグメントによって画定される前記中央チャンバの前記部分を、第２の前記管状セグメントによって画定される前記中央チャンバの前記部分よりも低い温度に冷却するように、冷却流体を前記第１の前記管状セグメントの前記壁空洞に通し、次いで、前記冷却流体を前記第２の前記管状セグメントの前記壁空洞に通すことにより、前記着氷装置の前記中央チャンバ内に温度勾配を生成することを含む、請求項４４〜５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１の前記管状セグメントは、前記底部ユニットの近位にある管状セグメントである、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記着氷装置が、前記液滴吐出デバイスに供給される前記水の前記圧力を制御するための加圧手段を備えるとき、前記液滴吐出デバイスによって生成される前記水滴の直径を制御するように、前記液滴吐出デバイスに供給される前記水の前記圧力を制御することを含む、請求項４０〜５７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
前記液滴吐出デバイスによって生成される前記水滴の前記直径を小さくするために、前記液滴吐出デバイスに供給される前記水の前記圧力を増大させることを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記液滴吐出デバイスが圧電デバイスであり、前記方法は、前記圧電デバイスによって生成される前記水滴の直径を制御するように、前記圧電デバイスの圧電素子に供給される電流を制御することを含む、請求項４０〜５９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
氷付着システムであって、
長手方向軸、側壁、ならびに上端部および底端部を有する中央チャンバを有する円柱と、
前記チャンバの上端部を閉じるとともに、水滴を生成する液滴吐出デバイスを受け入れるように構成されている上部ユニットと、
前記上部ユニットに取り付けられるように構成されており、第１の直径を有する少なくとも１つのノズルによって形成される少なくとも１つの水滴の直径を少なくとも部分的に決定する前記第１の直径を有する前記少なくとも１つのノズルを備える第１の液滴吐出デバイスと、
前記上部ユニットに取り付けられるように構成されており、第２の直径を有する少なくとも１つのノズルによって形成される少なくとも１つの水滴の直径を少なくとも部分的に決定する前記第２の直径を有する前記少なくとも１つのノズルを備える第２の液滴吐出デバイスであり、前記第２の直径は前記第１の直径とは異なる、第２の液滴吐出デバイスと、
前記チャンバの前記底端部を閉じ、ターゲットを含む底部ユニットと、
試験中に前記チャンバを冷却し、それにより、前記第１の液滴吐出デバイスまたは前記第２の液滴吐出デバイスによって生成される水滴を冷却するように構成されているチャンバ冷却手段であり、それにより、前記試験中の使用時に、着氷の層が前記ターゲット上に形成される、チャンバ冷却手段と
を備える、氷付着システム。
【請求項６２】
氷形成装置であって、上端部および底端部を有するチャンバを画定する環状壁を有する円柱であり、前記円柱の前記環状壁は、前記チャンバを冷却するための冷却流体の入口および出口を有する壁空洞を有する、円柱と、前記チャンバの前記上端部に水滴を生成するための液滴吐出デバイスと、使用時に着氷の層が前記水滴から形成される、前記チャンバの前記底端部にあるターゲットとを備える、氷形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は着氷(ice accretion)装置に関する。実施形態において、本発明は、ベンチトップ(bench-top)氷試験デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機構造のような構造上で水滴が凍結すると、その影響が問題となり得る。航空機構造上の氷の形成は、例えば、構造の空力的特性を変化させ、その重量を増加させる可能性がある。構造上で成長した氷が壊れた場合、これは、その構造または周囲の構造に機械的損傷を引き起こす可能性がある。
【０００３】
したがって、このような構造上の氷の形成を防止または低減する有効なコーティングを開発することが望ましい。これらのコーティングは、「疎氷性」コーティングとして知られている。それらは、航空機翼の前縁、エンジンブレード、ヘリコプタのロータブレード、または風力タービンブレードなどの構造に有効に適用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
疎氷性コーティングが開発されているときは、それをさらに開発するか、または構造に適用する前に、新規のコーティングを評価して、それが実際に適切に疎氷性であるか否かを判定しなければならない。しかしながら、疎氷性である可能性があるコーティングの有効性を試験する現行の方法は不十分である。
【０００５】
典型的には、まず、ベンチトップ氷付着(ice adhesion)試験法を用いてコーティングの性能を試験する。このような方法は、コーティングへの氷の付着に関するいくらかのデータを提供することができる。しかしながら、結果はコーティングの実世界の性能を表すものではない。これは、特に、そのような方法を用いて生成された氷が、コーティングが意図されている実世界の用途において形成される氷を表すものではないことに起因する。
【０００６】
現在のベンチトップ氷付着法がこのように不十分である結果として、疎氷性コーティングは、さらなる試験を受ける可能性があるが、これも不十分であることを証明する結果にしかならない場合がある。この不要なさらなる試験は、時間および金銭を無駄にする。
【０００７】
さらなる試験方法の一例は、他にアイシングトンネルとしても知られている、着氷風洞におけるサンプルの試験である。これは、風洞内の冷却された空気および水滴の流れの中に、疎氷性である可能性があるコーティングを有するサンプルを置くことを含む。しかし、このプロセスは時間がかかり、高価であり、比較的大きなサンプルを試験する必要がある。これらは、試験されているコーティングが十分な疎氷性を有せず、したがって疎氷性コーティングとしての使用に適していないことが判明した場合には、特に不利である。
【０００８】
少なくとも特定の実施形態の目的は、これらの問題の１つまたは複数に対処することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［第１の態様］
本発明の第１の態様によれば、着氷装置であって、長手方向軸、側壁、ならびに上端部および底端部を有する中央チャンバを有する円柱と、チャンバの上端部を閉じるとともに、水滴を生成する液滴吐出デバイスを含む上部ユニットと、チャンバの底端部を閉じ、ターゲットを含む底部ユニットと、試験中にチャンバを冷却し、それにより、水滴を冷却し、それにより、試験中の使用時に、着氷の層がターゲット上に形成されるように構成されているチャンバ冷却手段とを備える、着氷装置が提供される。
【００１０】
この装置は、液滴吐出デバイスと、試験中にチャンバを冷却するチャンバ冷却手段と、チャンバの底部にあるターゲットとを備えているため、装置は自己完結型である。すなわち、装置は、水滴を生成し、水滴の噴霧が落ちるチャンバを冷却する要素と、冷却された液滴が着くターゲットとを単一のユニットにおいて提供する。したがって、装置は、ベンチトップ装置となるように寸法決めすることができ、そのため、着氷風洞よりもはるかに小さくすることができる。したがって、装置は、着氷風洞試験よりも、サンプルの試験にかかる費用および時間を少なくすることを可能にする。
【００１１】
着氷装置は、大気中の構造上に氷が堆積する様子を表すように、ターゲット上に氷を堆積させるために使用することができる。大気氷は、構造との接触時に凍結する冷却または過冷却水滴によって形成される。このようにして形成された氷は、多くの液滴によって形成されるため、「着氷」としても知られる。試験中にチャンバを冷却するためのチャンバ冷却手段を使用して、大気着氷状態を表す装置内の状態を生成し、それにより大気氷に非常に類似した氷を生成することができる。
【００１２】
チャンバ冷却手段は、試験中にチャンバを冷却するように構成される中で、水滴が液滴吐出デバイスからターゲットに向かってチャンバを移動する際に、水滴を冷却または過冷却するように構成することができる。
［温度制御手段］
着氷装置は、液滴吐出デバイスに供給される水の温度を制御するための温度制御手段を備えることができる。
【００１３】
温度制御手段は、少なくとも１つのヒータを含んでもよい。温度制御手段は、貯水槽ヒータを含んでもよい。貯水槽ヒータは、液滴吐出デバイスに供給される水を加熱するように構成することができる。貯水槽ヒータは、貯水槽内の水を加熱するように構成することができる。温度制御手段は、給水配管ヒータを含んでもよい。給水配管ヒータは、給水配管内の水を加熱するように構成することができる。
【００１４】
温度制御手段が少なくとも１つのヒータを含むとき、温度制御手段は、液滴吐出デバイスに供給される水を加熱するために使用され得る。これにより、液滴吐出デバイスに供給された水が、冷却されたチャンバ内の液滴吐出デバイスの任意の部分に接触して凍結するのを防止することができる。したがって、これによって、液滴が、液滴吐出デバイスによって生成されることが可能になり、その後、試験中にチャンバを冷却するためのチャンバ冷却手段によってチャンバ内で冷却されることが可能になり、液滴に対して異なる温度を選択する能力を含め、液滴がターゲットに到達したときに液滴の温度を精密に制御することが可能になる。したがって、温度制御手段およびチャンバ冷却手段は、雨氷、霧氷または氷晶の形成を含む、種々の大気着氷状態のシミュレーションを可能にする。
［液滴吐出デバイス］
液滴吐出デバイスは、水滴の噴霧を生成するように構成することができる。液滴吐出デバイスは、水滴のミストを生成するように構成することができる。液滴吐出デバイスは、水滴の加圧された噴霧を生成するように構成することができる。液滴吐出デバイスは圧電デバイスであってもよい。液滴吐出デバイスは、少なくとも１つの圧電アクチュエータを備えることができる。少なくとも１つの圧電アクチュエータは、アクチュエータに電流が印加されると、デバイスから水を駆動するように構成することができる。
【００１５】
液滴吐出デバイスは、水滴を形成するための少なくとも１つのノズルを備えることができる。ノズルは、ノズルによって形成される水滴の直径を少なくとも部分的に決定するノズル直径を有することができる。液滴吐出デバイスは、ノズルによって形成される水滴の直径を調整するために、ノズル径が調整可能であるように構成することができる。
［加圧手段］
装置は、液滴吐出デバイスに供給される水を加圧するための加圧手段を備えることができる。装置は、液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を制御するための加圧手段を備えることができる。加圧手段はポンプであってもよい。ポンプは、水を圧送するように構成することができる。
【００１６】
装置が、液滴吐出デバイスに供給される水を加圧するための加圧手段を備えるとき、液滴吐出デバイスによって生成される水滴は、重力単独の場合よりも速く落下する。これは、例えば、対象物が水滴中に移動する状態、または水滴が風によって駆動される状態など、大気状態のより正確なシミュレーションを可能にする。
【００１７】
装置が、液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を制御するための加圧手段を備えるとき、これは、液滴吐出デバイスによって水滴が生成される圧力が制御されることを可能にする。これは、水滴が落下する速度およびそれらがターゲットに達する速度を決定するのに役立ち、ここでも、装置が、様々な大気状態のいずれかをより正確にシミュレートするために使用されることが可能になる。液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を制御するための加圧手段を用いて、液滴吐出デバイスによって生成される水滴の大きさを決定することもできる。具体的には、この手段を使用して、液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を高め、それにより、液滴吐出デバイスによって生成される水滴の大きさ（直径）を小さくすることができる。一般に、圧力の増加が大きいほど、液滴吐出デバイスによって生成される水滴の直径は小さくなる。
【００１８】
液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を制御するために、水を圧送するように構成されているポンプが使用されるとき、水を加圧するために気体を使用する必要はない。これは、液滴吐出デバイスを介してチャンバに気体を添加する必要がないことを意味する。したがって、例えば高度の高い大気状態をより正確に表現するために、またはチャンバ内の氷の形成の核形成点を低減させるために、チャンバ内の気体の量を制御することができる。
［水滴生成システム］
装置は、液滴吐出デバイスに供給される水を貯蔵するための貯水槽を備えることができる。装置は、液滴吐出デバイスに水を供給するための給水配管を備えることができる。装置は、水温コントローラを備えることができる。温度制御手段が少なくとも１つのヒータを含む場合、水温コントローラは、少なくとも１つのヒータを制御するように構成することができる。装置が加圧手段を含む場合、装置は水圧コントローラをさらに備えることができる。装置は、水圧および温度コントローラを備えることができる。
【００１９】
装置は水滴生成システムを含むことができる。水滴生成システムは、温度制御手段を備えることができる。水滴生成システムは、貯水槽を備えることができる。水滴生成システムは、給水配管を備えることができる。水滴生成システムは、水温コントローラを備えることができる。水滴生成システムは、液滴吐出デバイスを備えることができる。水滴生成システムは、加圧手段を備えることができる。水滴生成システムは、水圧コントローラを備えることができる。水滴生成システムは、水圧および温度コントローラを備えることができる。
［セグメント］
側壁は、断面が環状であってもよい。側壁は、実質的に管状形状であってもよい。側壁は、複数の管状セグメントを含むことができる。管状セグメントは、互いの上に解放可能に積むことができる。側壁は、管状セグメントが形成される材料よりも熱伝導性が低い管状セグメント間の材料を含むことができる。このようにして、管状セグメントを互いに断熱することができる。これは、チャンバ内に生成される温度勾配を保存するのに役立つことができる（以下でさらに説明する）。
【００２０】
側壁が複数の管状セグメントを含む場合、管状セグメントの数は、液滴吐出デバイスとターゲットとの間の分離高さを変更し、それによってターゲット上に液滴が衝突する速度を変更するために、変えることができる。
［チャンバ冷却手段］
チャンバ冷却手段は、チャンバの上端部と底端部との間に温度プロファイルを生成するように構成することができる。チャンバ冷却手段は、チャンバの上端部と底端部との間に温度勾配を生成するように構成することができる。チャンバ冷却手段は、チャンバの底端部を上端部よりも低い温度に冷却するように構成することができる。
【００２１】
チャンバ冷却手段は、側壁内の少なくとも１つの壁空洞と、冷却流体を少なくとも１つの空洞に通すための入口および出口とを備えることができる。円柱の側壁が複数の管状セグメントを含む場合、各管状セグメントは１つの壁空洞を画定することができる。各管状セグメントは、冷却流体を空洞に通すための入口および出口を備えることができる。
【００２２】
上記構成は、あるセグメントを通る冷却流体の流量が別のセグメントを通る冷却流体の流量と異なることを可能にする。これは、各セグメントを通る冷却流体の流量を個別に制御することによって達成することができる。このようにして、チャンバ内の温度勾配を生成し、変化させることができる。例えば、円柱の上部を１つの温度に保つことができ、円柱の底部を、間に温度勾配をおいて別の温度に保つことができる。これは、チャンバ内の氷結状態およびターゲット上に付着する氷の種類を制御することを可能にする。
［チャンバ加熱手段］
着氷装置は、試験の間にチャンバを加熱するためのチャンバ加熱手段を備えることができる。
【００２３】
チャンバ加熱手段は、円柱の周りに少なくとも１つのヒータジャケットを含むことができる。円柱が複数の管状セグメントを含む場合、そのヒータジャケットまたは各ヒータジャケットは、円柱の複数の管状セグメントの少なくとも１つの周りにあってもよい。各々が円柱の管状セグメントの周りにある、複数のヒータジャケットがあってもよい。円柱の複数の管状セグメントの各々の周りにヒータジャケットがあってもよい。
【００２４】
例えばヒータジャケットの形態であるチャンバ加熱手段は、試験後にチャンバを乾燥させることができる。これにより、その後の試験において、大気氷結状態を表す氷結状態のより正確な生成が可能になる。
【００２５】
チャンバ加熱手段はまた、装置を取り扱うユーザが霜焼けまたは凍傷を被ることのない温度にチャンバを加熱するために使用できるので、試験後に装置が取り扱われることを可能にする。したがって、チャンバ加熱手段のない装置と比較して、チャンバ加熱手段は、装置をより安全に使用されるようにする。
【００２６】
チャンバ加熱手段はまた、試験中に円柱内部の温度をさらに制御することも可能にする。特に、チャンバ加熱手段が、円柱の複数の管状セグメントの少なくとも１つの周りにある少なくとも１つのヒータジャケットを含む場合、チャンバ加熱手段は、チャンバ内部の温度プロファイルが制御されることを可能にする。
【００２７】
例えば、チャンバ加熱手段が、円柱の管状セグメントの１つの周りに単一のヒータジャケットを備える実施形態では、ヒータジャケットを有する管状セグメントによって画定されるチャンバの部分がチャンバの残りの部分よりも温かくなるように、残りの管状セグメントが冷却されている間にこのジャケットを加熱することができる。
【００２８】
チャンバ加熱手段が、各々が円柱の管状セグメントの周りにある複数のヒータジャケットを含む実施形態においては、円柱の異なる管状セグメントによって画定されるチャンバの部分が異なる温度になるように、複数のヒータジャケットのうちの少なくとも１つは、残りのヒータジャケットと異なる温度に加熱することができる。このようにして、円柱の上部を、例えば室温などの１つの温度に保つことができ、円柱の底部を、間に温度勾配をおいて、例えば−２０℃などの別の温度に保つことができる。これは、チャンバ内の氷結状態およびターゲット上に付着する氷の種類をさらに制御することを可能にする。
［断熱ジャケット］
装置は、円柱の周りに断熱ジャケットを含むことができる。円柱が複数の管状セグメントを含む場合、装置は、円柱の複数の管状セグメントの少なくとも１つの周囲に断熱ジャケットを備えることができる。装置は、各々が円柱の管状セグメントの周りにある、複数の断熱ジャケットを備えてもよい。装置は、円柱の複数の管状セグメントの各々の周りに断熱ジャケットを備えてもよい。その断熱ジャケットまたは各断熱ジャケットは、ヒータジャケットの周りにあってもよい。
【００２９】
チャンバの内部が環境から断熱されるため、その断熱ジャケットまたは各断熱ジャケットはチャンバ内のより正確な温度制御を可能にする。また、その断熱ジャケットまたは各断熱ジャケットは、チャンバ冷却手段の加熱を低減し、それによりチャンバのより効率的な冷却を可能にすることもできる。その断熱ジャケットまたは各断熱ジャケットがヒータジャケットの周りにあるとき、その断熱ジャケットまたは各断熱ジャケットはヒータジャケットからの熱損失を低減し、チャンバ加熱手段の効率を高める。
［バルブ手段］
この装置は、ある量の流体をチャンバ内に導入し、チャンバ内の前記ある量の流体をシールするためのバルブ手段を備えることができる。流体は気体であってもよい。
【００３０】
バルブ手段は、チャンバ内に許容され、かつチャンバ内に保持される流体または気体の量およびタイプが制御されることを可能にするので、様々な大気状態のチャンバにおけるさらに正確なシミュレーションを可能にする。
［圧送手段］
装置は、チャンバ内に減圧を生成するための圧送手段を含むことができる。
【００３１】
チャンバ内に減圧を発生させるための圧送手段を提供することは、一般に圧力を制御することができない多くの氷結風洞とは対照的である。
【００３２】
圧送手段は、システム内の空気の量を減少させることを可能にする。これにより、実世界の氷結状態をより現実的にシミュレートすることが可能になる。例えば、システム内に真空を発生させるために圧送手段が使用される場合、冷却されたまたは過冷却された液滴の核形成点は除去されるか、または少なくとも低減され、これによって、氷晶が形成されることが防止され、サンプルが無霜であることが保証される。
【００３３】
圧送手段は、チャンバ内の水分を減少させるために使用することもできる。これは乾燥した雰囲気を生成し、ここでも、実世界の氷結状態のより現実的なシミュレーションを提供することができる。
［センサおよびコントローラ］
この装置は、チャンバ内部の温度を測定するための少なくとも１つの温度センサを含むことができる。少なくとも１つの温度センサは、出力信号を少なくとも１つのコントローラに供給するように構成することができる。この装置は、チャンバ内部の圧力を測定するための少なくとも１つの圧力センサを含むことができる。少なくとも１つの圧力センサは、出力信号を少なくとも１つのコントローラに供給するように構成することができる。装置は、少なくとも１つのコントローラを備えることができる。少なくとも１つのコントローラは、チャンバ内部の圧力を制御するためにバルブ手段および／または圧送手段を制御するように構成することができる。少なくとも１つのコントローラは、少なくとも１つの圧力センサによって供給される出力信号に基づいて、チャンバ内部の圧力を制御するためにバルブ手段および／または圧送手段を制御するように構成することができる。少なくとも１つのコントローラは、チャンバ内部の温度を制御するためにチャンバ冷却手段および／またはチャンバ加熱手段を制御するように構成することができる。少なくとも１つのコントローラは、少なくとも１つの温度センサによって供給される出力信号に基づいて、チャンバ内部の温度を制御するためにチャンバ冷却手段および／またはチャンバ加熱手段を制御するように構成することができる。
【００３４】
少なくとも１つの温度センサおよび／または圧力センサは、チャンバ内の温度および／または圧力に関するフィードバックを少なくとも１つのコントローラに提供するために使用することができ、これによって、チャンバ内の温度および／または圧力を制御することができるので、様々な大気状態の正確なシミュレーションを可能にする。
［解放可能な取り付け］
液滴吐出デバイスは、装置の上部ユニットに解放可能に取り付けることができる。円柱は、装置の底部ユニットに解放可能に取り付けることができる。
【００３５】
液滴吐出デバイスが装置の上部ユニットに解放可能に取り付けられるとき、液滴吐出デバイスを試験の間で切り替えることができる。例えば、第１の直径のノズルを有する第１の液滴吐出デバイスを、第１のサイズの液滴を所与とする１つの試験に使用することができ、第２の直径のノズルを有する第２の液滴吐出デバイスを、第２のサイズの液滴を所与とする別の試験に使用することができる。このようにして、液滴のサイズを試験の間で変えることができる。これにより、より広い範囲の氷結状態をシミュレートすることができ、装置の汎用性が高まる。
【００３６】
円柱が装置の底部ユニットに解放可能に取り付けられるとき、ターゲットを含む底部ユニットは、試験の間に変更することができる。これにより、底部ユニットが円柱に解放可能に取り付けられていない場合よりも広い範囲の氷結試験に装置を使用することが可能になる。
［ビューイングポート］
この装置は、ターゲットを装置の外部から観察することを可能にするように構成されたビューイングポートを備えることができる。
【００３７】
試験を受けているサンプルを試験中に見ることができる場合、装置を使用して実施できる特定の試験はより正確な結果をもたらす。例えば、氷がサンプルにどれくらい強く付着するかを決定するためにサンプルが試験されている場合、ユーザが、試験前にサンプル上に氷がどれだけ蓄積されているか、および、その後、いずれの点においてサンプルから氷が分離するかを知ることができることが有用である。ビューイングポートはそのような観察を可能にする。
［第２の態様］
本発明の第２の態様によれば、氷形成装置であって、上端部および底端部を有するチャンバを画定する環状壁を有する円柱であり、円柱の環状壁は、チャンバを冷却するための冷却流体の入口および出口を有する壁空洞を有する、円柱と、チャンバの上端部に水滴を生成するための液滴吐出デバイスと、使用時に着氷の層が水滴から形成される、チャンバの底端部にあるターゲットとを備える、氷形成装置が提供される。
【００３８】
第１の態様の任意選択の特徴は、第２の態様の任意選択の特徴でもあり、用語の変更は、これらが意味を成すために必要な場合に、当業者によって推測される。例えば、第１の態様の任意選択の特徴をこの第２の態様に適用する場合、「側壁」という表現は「環状壁」と解釈され、「着氷装置」という表現は「氷形成装置」と解釈される。
［氷付着試験デバイス］
着氷装置は、氷付着試験デバイスを備えてもよい。底部ユニットは、氷付着試験デバイスの形態であってもよい。
【００３９】
着氷装置が氷付着試験デバイスを含む場合、氷のターゲットへの付着を試験することができる。
［ターゲット］
氷付着試験デバイスは、ターゲットを含むことができる。換言すれば、着氷装置のターゲットは、氷付着試験デバイスの一部であってもよい。ターゲットはウェルの形態であってもよく、使用時には着氷の層が形成される。ターゲットは、ウェルの底部にあるサンプルプレートと、サンプルプレートの周りに周方向に位置決めされ、ウェルの側壁を提供する氷係合要素とを含むことができる。サンプルプレートは、氷係合要素に対して回転可能であってもよい。
【００４０】
氷付着試験デバイスが、使用時に着氷の層が形成されるウェルの形態のターゲットを含む場合、装置は、試験されるサンプルへの氷の付着を可能にする。それゆえ、サンプルが、疎氷性である可能性があるコーティングを有する場合、着氷装置を使用して、大気氷結に非常に近い氷に関するコーティングの特性を試験することができる。
［トルク手段］
氷付着試験デバイスは、使用時に、着氷の層の抵抗に対抗して、氷係合装置に対してサンプルプレートを回転させるよう試行するように周囲に配置されている、サンプルプレートと氷係合要素との間の回転トルクを加えるためのトルク手段を含むことができる。
【００４１】
トルク手段は、コーティングが疎氷性である場合、氷がサンプルプレートから分離するように、氷に応力が加えられることを可能にする。
［トランスデューサ手段］
氷付着試験デバイスは、回転トルクを測定するためのトランスデューサ手段を備えることができる。氷付着試験デバイスは、着氷の層が少なくとも部分的にサンプルプレートから分離したときにトルク手段によって加えられる回転トルクによって引き起こされる応力を測定するためのトランスデューサ手段を含むことができる。氷付着試験デバイスは、着氷の層が少なくとも部分的にサンプルプレートから分離したときにトルク手段によって加えられる回転トルク、および、回転トルクによって引き起こされる応力を測定するためのトランスデューサ手段を含むことができる。
【００４２】
回転トルクを測定するトランスデューサ手段は、氷がサンプルプレートから分離するトルクが測定されることを可能にし、それによりサンプルプレートへの氷の付着を示すことを可能にする。
［回転可能なサンプルプレート］
サンプルプレートは、回転可能とすることができる。氷係合要素は定位置に固定することができる。サンプルプレートは、氷係合要素に対して回転可能であってもよい。トルク手段は、回転トルクをサンプルプレートに加えるように構成することができる。
【００４３】
サンプルプレートが回転可能であり、氷係合要素が定位置に固定されているとき、トランスデューサ手段は、氷が氷係合要素から分離するときの回転トルクではなく、氷がサンプルプレートから分離する回転トルクおよび／または応力を測定することができ、これは、サンプルプレートが、試験される疎氷性である可能性があるコーティングを保持する場合に対象となる。
［氷係合要素に対する氷の回転の防止］
氷係合要素は環状体であってもよい。氷係合要素は、氷係合要素に対する氷の層の回転を防止するような形状にすることができる。氷係合要素は、非円形の内周壁を有することができる。氷係合要素は、氷係合要素に対する着氷の層の回転を防止するために、着氷の層に係止するための突出部を有する内周壁を有することができる。氷係合要素は、氷係合要素に対する着氷の層の回転を防止するために、着氷の層に係止するための凹部を有する内周壁を有することができる。内周壁は、突出部または凹部を有する場合、実質的に円形であってもよい。氷係合要素は、氷係合要素に対する氷の層の回転を防止するために、機械的に粗面化することができる。氷係合要素は、氷係合要素に対する氷の層の回転を防止するために、機械的に粗面化されている内周壁を有することができる。
【００４４】
氷係合要素が、氷係合要素に対する着氷の層の回転を防止するように成形されている場合、サンプルに対する着氷の付着のより正確な測定を行うことができる。これは、氷係合要素の形状が、氷に対する応力がないように、氷が氷係合要素に対して単に自由に回転しないことを確実にするためである。その代わりに、氷は、氷係合要素の形状によって適所に保持され、その結果、サンプルプレートの回転によって氷に応力が加えられる。トランスデューサ手段は、その後、氷がサンプルプレートに付着しなくなる回転トルクおよび／または応力を測定することができる。
［可変直径氷係合要素］
氷係合要素は、直径が調整可能であるように構成することができる。氷係合要素は、調整可能な内径を有することができる。氷係合要素は、水滴に曝されるサンプルプレートの領域を画定するように構成することができる。側壁は、直径が調整可能であるように構成することができる。
【００４５】
このようにして、水滴に曝される領域を調整して、異なるサイズのサンプルプレートを可能にすることができる。
［ランバックアイス試験デバイス］
着氷装置は、ランバックアイス試験デバイスを備えることができる。底部ユニットは、ランバックアイス試験デバイスの形態であってもよい。
【００４６】
着氷装置がランバックアイス試験デバイスを備える場合、ランバックアイスをシミュレートして観察することができる。
【００４７】
ランバックアイスは、表面のある部分の既存の氷が溶けてどこかで再凍結したときに形成される氷と定義することができる。ランバックアイスは、例えば、水滴が前縁で凍結した後に、加熱された前縁の加熱システムによって溶融され、結果、水が戻って流れて再凍結したときに、翼または尾翼の加熱された前縁の後部において形成され得る。ランバックアイスは、加熱されたプロペラブレード上に形成される可能性もある。両方の例において、重量増加、空力的性能の低下および機械的損傷の上述の問題が起こり得る。このように、ランバックアイスの形成を適切にシミュレートして、研究することが有用である。
［ターゲット］
ランバックアイス試験デバイスは、ターゲットを備えることができる。言い換えれば、着氷装置のターゲットは、ランバックアイス試験デバイスの一部であってもよい。ターゲットは、突出した熱障壁によって第１の区画と第２の区画とに分離された上面を有するプラットフォームを含むことができる。ランバックアイス試験デバイスは、第２の区画が第１の区画の上にあるようにプラットフォームを傾斜させるように構成されたプラットフォーム傾斜手段を備えることができる。
［ヒータ手段］
ランバックアイス試験デバイスは、プラットフォームの第１の区画の局部的な加熱を生成するための第１のヒータ手段を備えることができる。第１のヒータ手段は、使用中にプラットフォームの第２の区画に着氷の層が形成されるときに、プラットフォームの第１の区画に着氷が実質的にないままにするためのものとすることができる。ランバックアイス試験デバイスは、プラットフォームの第２の区画の局部的な加熱を生成するための第２のヒータ手段を備えることができる。第２のヒータ手段は、プラットフォームが傾斜しているときに、障壁を越えて着氷の層からプラットフォームの第１の区画へと融解した氷のランバックを生じさせるためのものとすることができる。
【００４８】
ランバックアイス試験デバイスは、ランバックアイスのシミュレーションを可能にする。ランバックアイスの形成は、上記のように特定の場所でのランバックアイスが、他の場所で融解し、その場所で再形成される氷によって形成されるという点で、着氷の形成とは異なる。
【００４９】
使用中にプラットフォームの第２の区画上に着氷の層が形成されるとき、プラットフォームの第１の区画に着氷が実質的にないままにするために、プラットフォームの第１の区画の局部的な加熱を生成するための第１のヒータ手段を提供することによって、ランバックアイス試験デバイスは、下側区画のランバックアイスの生成を研究することができるように、プラットフォームが傾けられるときに下げられるプラットフォームの区画に氷がないままにすることができる。
【００５０】
融解した氷の着氷の層から障壁を越えてプラットフォームの第１の区画へのランバックを生成するために、プラットフォームの第２の区画の局部的な加熱を生成するための第２のヒータ手段を提供することによって、ランバックアイス試験デバイスは、着氷がプラットフォームの第１の区画へと流れ、そこで再び凍結して、ランバックアイスを生成することができるように、着氷を融解することができる。
【００５１】
［コントローラ］
ランバックアイス試験デバイスは、ヒータ手段コントローラを備えることができる。ヒータ手段コントローラは、第１のヒータ手段および第２のヒータ手段を独立してオンオフするためのものであってもよい。
【００５２】
第１のヒータ手段および第２のヒータ手段を独立してオンおよびオフに切り替えるヒータ手段コントローラは、第２のヒータ手段をオフにされている間に第１のヒータ手段をオンにすることができ、それによって、第１の区画（プラットフォームが傾斜しているときにはより低い）が、氷がないままにされるように加熱され、第２の区画（プラットフォームが傾斜しているときにはより高い）が加熱されず、結果、氷が第２の区画に付着し得るモードを提供する。また、ヒータ手段コントローラは、第２のヒータ手段がオンにされている間に第１のヒータ手段がオフにされることを可能にし、それによって、第２の区画が加熱されて氷が融解し、第１の区画が加熱されず、第１の区画上でランバックアイスが形成されることを可能にするモードを提供する。
【００５３】
ヒータ手段コントローラは、第１のヒータ手段および第２のヒータ手段が加熱される温度を制御するためのものとすることができる。
【００５４】
これにより、所望に応じて、チャンバ内の温度を考慮して、第１のヒータ手段を、第１の区画に依然として氷がないままにすることができる最低温度に加熱することができるので、（温度を制御することができない、または温度が固定されているデバイスと比較して）エネルギーをより効率的に使用することができる。これは、第１のヒータ手段がより高い温度に加熱された場合より少ないエネルギーを使用する。
【００５５】
第１のヒータ手段および第２のヒータ手段が加熱される温度を制御するためのヒータ手段コントローラはまた、温度が固定されたデバイスよりも広範囲のランバックアイス形成状態のシミュレーションも可能にする。
［傾斜角の調整］
プラットフォーム傾斜手段は、ターゲットのプラットフォームの傾斜角を調整するように構成することができる。
【００５６】
プラットフォーム傾斜手段が、ターゲットのプラットフォームの傾斜角を調整するように構成されているとき、ランバックアイス試験デバイスを使用して、様々な異なる構造上のまたはそれらの構造の異なる傾斜角度におけるランバックアイスの形成をシミュレートすることができる。例えば、翼の加熱された部分と、氷のランバックが起こり得る翼の部分との間の角度は、尾翼の加熱された部分と、氷のランバックが起こり得る尾翼の部分との間の角度とは異なり得る。ターゲットのプラットフォームの傾斜角を調整するための手段は、同じランバックアイス試験デバイスが、これらの角度のいずれかで氷のランバックを試験することを可能にし、それによりこれらの構造のいずれかで氷のランバックをシミュレートすることを可能にする。
［第３の態様：方法］
本発明の第３の態様によれば、第１の態様の着氷装置を動作させる方法であって、水滴を生成するように液滴吐出デバイスを動作させることと、チャンバ冷却手段によって、着氷の層がターゲット上に形成されるように水滴を冷却することとを含む、方法が提供される。
［冷却の順序］
この方法は、水滴が液滴吐出デバイスからターゲットまでチャンバを下方に移動する際に水滴を冷却することを含むことができる。このようにして、水滴はターゲットに当たったときに凍結する。
【００５７】
この方法は、水滴がターゲットに着いた後に水滴を冷却することを含むことができる。このようにして、水滴はターゲット上に液体として着き、その後凍結する。
［脈動］
この方法は、液滴吐出デバイスを、水滴を生成するように間隔をあけて動作させることを含むことができる。この方法は、液滴吐出デバイスによる水滴の生成を、間隔をあけて中断することを含むことができる。
【００５８】
このようにして、水滴の実質的に連続的な流れまたは噴霧を生成するのではなく、水滴の生成を中断することができる。この方法は、ターゲット上に落下した水滴が、水滴が生成されていない間で、かつ水滴の生成が再開される前に、凍結する時間を有するので、ターゲット上に氷の層を生成するために使用することができる。
［温度勾配］
この方法は、着氷装置の中央チャンバ内に温度勾配を生成することを含むことができる。
【００５９】
この方法は、上部ユニットに近位のチャンバの一部分を０℃より高い温度に冷却することと、底部ユニットに近位のチャンバの一部分を０℃以下の温度に冷却することとを含むことができる。この方法は、上部ユニットに近位のチャンバの一部分を０℃より高い温度に冷却することと、底部ユニットに近位のチャンバの一部分を０℃未満の温度に冷却することとを含むことができる。
【００６０】
方法は、上部ユニットに近位のチャンバの一部分を少なくとも０℃から２０℃までの温度に冷却することを含むことができる。方法は、上部ユニットに近位のチャンバの一部分を少なくとも０℃から１５℃までの温度に冷却することを含むことができる。方法は、上部ユニットに近位のチャンバの一部分を少なくとも０℃および１０℃の温度に冷却することを含むことができる。
【００６１】
このようにして、上部ユニットに近位のチャンバの一部分を、液滴吐出デバイスが凍結することなく水滴を生成することができる温度に維持することができる。
【００６２】
方法は、底部ユニットに近位のチャンバの一部分を０℃と−４０℃との間の温度に冷却することを含むことができる。
【００６３】
このようにして、底部ユニットに近位のチャンバの部分は、水滴がターゲット上で凍結して、着氷の層を生成する温度に保つことができる。
【００６４】
方法は、底部ユニットに近位のチャンバの一部分を０℃と−５℃との間の温度に冷却することを含むことができる。このようにして、透明な氷をターゲット上に形成することができる。方法は、底部ユニットに近位のチャンバの一部分を−５℃と−１０℃との間の温度に冷却することを含むことができる。このようにして、透明な氷または混合氷をターゲット上に形成することができる。方法は、底部ユニットに近位のチャンバの一部分を−１０℃と−１５℃との間の温度に冷却することを含むことができる。このようにして、混合氷または霧氷をターゲット上に形成することができる。方法は、底部ユニットに近位のチャンバの一部分を−１５℃と−４０℃との間の温度に冷却することを含むことができる。このようにして、霧氷をターゲット上に形成することができる。
【００６５】
一般に、付着することができる氷の種類（透明、混合、および霧）は、限定ではないが、周囲温度、付着表面の温度、含水量（ＬＷＣ）、液滴サイズ、液滴衝突速度、高度（圧力）、および湿度を含む多くの要因に依存する。
【００６６】
この方法は、着氷装置がチャンバ加熱手段を備える場合、チャンバ内に温度勾配を生成するように中央チャンバの一部を加熱するように、チャンバ加熱手段を動作させることを含むことができる。この方法は、上部ユニットに近位のチャンバの一部分を加熱するように、チャンバ加熱手段を動作させることを含むことができる。
【００６７】
チャンバ加熱手段が円柱の周りに少なくとも１つのヒータジャケットを含む場合、方法は、チャンバ内に温度勾配を生成するように中央チャンバの一部分を加熱するように、少なくとも１つのヒータジャケットを動作させることを含むことができる。この方法は、上部ユニットに近位のチャンバの部分を加熱するように、装置の上部ユニットに近位の中央チャンバの一部分の周囲のヒータジャケットを動作させることを含むことができる。この方法は、中央チャンバの第１の部分を加熱するように、第１のヒータジャケットを動作させることと、中央チャンバの第２の部分を加熱するように、第２のヒータジャケットを動作させることとを含み、方法は、チャンバの第２の部分を、チャンバの第１の部分よりも高い温度に加熱するように、第２のヒータジャケットを第１のヒータジャケットよりも高い温度に加熱することを含む。第２のヒータジャケットは、装置の上部ユニットに近位の中央チャンバの一部分の周りにあってもよい。
【００６８】
この方法は、チャンバ冷却手段が複数の管状セグメントを含み、各管状セグメントが壁空洞を画定し、各管状セグメントが、冷却流体をそれぞれの壁空洞に通すための入口と出口とを含む場合、冷却流体を第１の管状セグメントの壁空洞に通し、第１の管状セグメントによって画定される中央チャンバの部分を、第２の管状セグメントによって画定される中央チャンバの部分よりも低い温度に冷却するように、冷却流体が第１の管状セグメントの壁空洞に通される体積流量よりも低い体積流量において、冷却流体を第２の管状セグメントの壁空洞に通すことにより、着氷装置の中央チャンバ内に温度勾配を生成することを含む。
【００６９】
この方法は、チャンバ冷却手段が複数の管状セグメントを含み、各管状セグメントが壁空洞を画定し、各管状セグメントが、冷却流体をそれぞれの壁空洞に通すための入口と出口とを含む場合、第１の管状セグメントによって画定される中央チャンバの部分を、第２の管状セグメントによって画定される中央チャンバの部分よりも低い温度に冷却するように、第１の冷却流体を第１の管状セグメントの壁空洞に通し、第２の冷却流体を第２の管状セグメントの壁空洞に通すことにより、着氷装置の中央チャンバ内に温度勾配を生成することを含み、第１の冷却流体は、第２の冷却流体よりも低い温度にある。
【００７０】
この方法は、チャンバ冷却手段が複数の管状セグメントを含み、各管状セグメントが壁空洞を画定し、各管状セグメントが、冷却流体をそれぞれの壁空洞に通すための入口と出口とを含む場合、第１の管状セグメントによって画定される中央チャンバの部分を、第２の管状セグメントによって画定される中央チャンバの部分よりも低い温度に冷却するように、冷却流体を第１の管状セグメントの壁空洞に通し、その後、冷却流体を第２の管状セグメントの壁空洞に通すことにより、着氷装置の中央チャンバ内に温度勾配を生成することを含む。
【００７１】
第１の管状セグメントは、底部ユニットの近位にある管状セグメントであってもよい。このようにして、チャンバの底部（ターゲットに最も近い）がチャンバの上部（液滴吐出デバイスに最も近い）よりも低温である温度勾配が形成される。
［液滴サイズ］
着氷装置が、液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を制御するための加圧手段を備えるとき、方法は、液滴吐出デバイスによって生成される水滴の直径を制御するように、液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を制御することを含むことができる。
【００７２】
方法は、液滴吐出デバイスによって生成される水滴の直径を小さくするために、液滴吐出デバイスに供給される水の圧力を増大させることを含むことができる。
【００７３】
液滴吐出デバイスが圧電デバイスである場合、方法は、圧電デバイスによって生成される水滴の直径を制御するために、圧電デバイスの圧電素子に供給される電流を制御することを含むことができる。
［第４の態様：システム］
本発明の第４の態様によれば、氷付着システムであって、長手方向軸、側壁、ならびに上端部および底端部を有する中央チャンバを有する円柱と、チャンバの上端部を閉じるとともに、水滴を生成する液滴吐出デバイスを受け入れるように構成されている上部ユニットと、上部ユニットに取り付けられるように構成されており、第１の直径を有する少なくとも１つのノズルによって形成される少なくとも１つの水滴の直径を少なくとも部分的に決定する第１の直径を有する少なくとも１つのノズルを備える第１の液滴吐出デバイスと、上部ユニットに取り付けられるように構成されており、第２の直径を有する少なくとも１つのノズルによって形成される少なくとも１つの水滴の直径を少なくとも部分的に決定する第２の直径を有する少なくとも１つのノズルを備える第２の液滴吐出デバイスであり、第２の直径は第１の直径とは異なる、第２の液滴吐出デバイスと、チャンバの底端部を閉じ、ターゲットを含む底部ユニットと、試験中にチャンバを冷却し、それにより、第１の液滴吐出デバイスまたは第２の液滴吐出デバイスによって生成される液滴を冷却し、それにより、試験中の使用時に、着氷の層がターゲット上に形成されるよう構成されているチャンバ冷却手段と、を備える、氷付着システムが提供される。
【００７４】
上部ユニットに取り付けられるように構成されており、第１の直径を有する少なくとも１つのノズルによって形成される少なくとも１つの水滴の直径を少なくとも部分的に決定する第１の直径を有する少なくとも１つのノズルを備える第１の液滴吐出デバイス、および、上部ユニットに取り付けられるように構成されており、第２の直径を有する少なくとも１つのノズルによって形成される少なくとも１つの水滴の直径を少なくとも部分的に決定する第２の直径を有する少なくとも１つのノズルを備える第２の液滴吐出デバイスであり、第２の直径は第１の直径とは異なる、第２の液滴吐出デバイスを提供することによって、システムは、第１の液滴吐出デバイスおよび第２の液滴吐出デバイスが、異なる直径の水滴を生成するために交換されることを可能にする。
【００７５】
第１の態様および第２の態様の任意選択の特徴は、第４の態様の任意選択の特徴でもあり、用語の変更は、これらが意味を成すために必要な場合に、当業者によって推測される。
【００７６】
特定の実施形態を、例としてのみ、添付の図面を参照して下記に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】ベンチトップ着氷デバイスの形態の着氷装置の断面図である。
【図２】水滴生成システムを示す概略図である。
【図３ａ】液滴吐出デバイスの斜視図である。
【図３ｂ】液滴吐出デバイスの断面図である。
【図４ａ】ビューイングポートを有する第１の壁区画の形態である、着氷装置の管状セグメントの斜視図である。
【図４ｂ】ビューイングポートを有する第１の壁区画の断面図である。
【図５ａ】氷付着試験デバイスの形態である、着氷装置の底部ユニットの斜視図である。
【図５ｂ】氷付着試験デバイスの断面図である。
【図６ａ】氷ランバック試験デバイスの形態の、着氷装置の代替的な底部ユニットの異なる斜視図である。
【図６ｂ】氷ランバック試験デバイスの形態の、着氷装置の代替的な底部ユニットの異なる斜視図である。
【図６ｃ】の代替的な底部ユニットの異なる斜視図である。
【図６ｄ】氷ランバック試験デバイスの形態の、着氷装置の代替的な底部ユニットの異なる斜視図である。
【図７】着氷装置の上部に取り付けられた代替的な液滴吐出デバイスの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
［概観］
図１は、ベンチトップ着氷デバイス１０の形態の着氷(ice accretion)装置を示す。概して、ベンチトップ着氷デバイス１０（以下、「着氷デバイス」）は、円柱１１として成形されている。円柱１１は、この実施形態では環状の側壁１２（以下、「壁」）によって画定される。壁１２は、複数の壁区画、すなわち、第１の壁区画１７ａ、第２の壁区画１７ｂ、第３の壁区画１７ｃの形態の３つの管状セグメントから形成されている。第２の壁区画１７ｂは、第１の壁区画１７ａの上部に積まている。第３の壁区画１７ｃは、第２の壁区画１７ｂの上部に積まれている。他の実施形態では、より多くのまたはより少ない管状セグメントが存在してもよい。この実施形態では、各壁区画１７ａ、１７ｂ、１７ｃの断面は、実質的に円形である。したがって、円柱１１の壁１２は、断面が実質的に円形の管を形成する。壁１２は、内部に中央チャンバ１８（以下、「チャンバ」）を画定する。したがって、このチャンバ１８の断面も、実質的に円形である。
【００７９】
チャンバ１８の上端部には、ノズルデバイス１４の形態の液滴吐出デバイスがある。このノズルデバイス１４は、液滴吐出デバイスホルダ１３の形態の上部ユニットの一部分である。液滴吐出デバイスホルダ１３は、円柱１１の上部の蓋として機能し、チャンバ１８を閉じる。液滴吐出デバイスホルダ１３は、第３の壁区画１７ｃに解放可能に取り付けられる。ノズルデバイス１４は、水滴生成システム（図１には示さず）の一部分を形成する。
【００８０】
チャンバ１８の底端部には、ターゲットがある。ターゲットは、この実施形態では氷付着試験デバイス１５である底部ユニットの一部分である。この実施形態では、ターゲットは、氷付着試験デバイス１５のウェル(well)１６の形態である。氷付着試験デバイス１５は、第１の壁区画１７ａに解放可能に取り付けられている。
【００８１】
第１の壁区画１７ａはまた、ビューイングポート１９を有する。第１の壁区画１７ａのビューイングポート１９は、ウェル１６内のサンプル（図示せず）の観察を可能にする。
［水滴生成システム］
図２、図３ａおよび図３ｂを参照して、ここでノズルデバイス１４、および、それが一部分を形成する水滴生成システム２０についてより詳細に説明する。概観すると、特に図２を参照すると、水滴生成システム２０は、液滴吐出デバイスホルダ１３（この図には示されていない）内のノズルデバイス１４と、タンク２４の形態の貯水槽と、ノズルデバイス１４をタンク２４に接続する給水配管２６とを含む。水滴生成システム２０はまた、タンク２４内のタンクヒータ２３の形態の貯水槽ヒータと、トレースヒータ２７の形態の給水配管ヒータと、タンクヒータ２３、トレースヒータ２７およびポンプ２１の形態の加圧手段を制御する水圧および温度コントローラ２２とを備える。最後に、水滴生成システム２０は、水に関して、供給配管２６、ポンプ２１、タンク２４にも接続されているブリードライン２９に接続された減圧バルブ２８、およびゲートバルブ２５を備える。
【００８２】
引き続き図２を参照して、ここでこれらの構成要素の構成をより詳細に説明する。タンク２４は、給水配管２６とブリードライン２９との２つのラインに接続されている。給水配管２６の一端はタンク２４に接続され、他端はノズルデバイス１４に接続されている。ブリードライン２９の一端はタンク２４に接続され、他端は給水配管２６に接続されている。タンクヒータ２３はタンク２４内に配置され、タンク２４内の水を加熱する。
【００８３】
ここで、タンク２４に接続された給水配管２６の端部から始めて、給水配管２６の構成を説明する。タンク２４とノズルデバイス１４との間には、給水配管２６がポンプ２１に接続されている。ポンプ２１は、水をタンク２４から給水配管２６に引き込み、したがって給水配管２６内の水圧を上昇させることができるように構成されている。給水配管２６は、ポンプ２１を越えて（すなわち、給水配管２６上、およびタンク２４からポンプ２１の反対側に）、トレースヒータ２７に接続されている。トレースヒータ２７は、給水配管２６内の水をさらに加熱するように構成されている。また、ポンプ２１とノズルデバイス１４との間においては、給水配管２６が減圧バルブ２８に接続されている。減圧バルブ２８は、三方弁であり、給水配管２６を通じてタンク２４からノズルデバイス１４に向かって、および、給水配管２６から（減圧バルブ２８のタンク２４側または減圧バルブ２８のノズルデバイス１４側のいずれかから）ブリードライン２９へと水が流れることを可能にするように構成されている。これにより、必要に応じて給水配管２６内の水圧を低下させることができる。ブリードライン２９は、タンク２４に接続され、結果、給水配管２６から出てきた水をタンク２４に戻すことができる。減圧バルブ２８とノズルデバイス１４との間においては、給水配管２６が依然としてトレースヒータ２７に接続されている。給水配管２６はゲートバルブ２５にも接続されている。ゲートバルブ２５は、給水配管２６を通ってタンク２４からノズルデバイス１４への水の流れを停止または許容するように構成されている。
【００８４】
上述したように、水滴生成システム２０はまた、水温および圧力コントローラ２２を備える。水温および圧力コントローラ２２は、タンクヒータ２３、トレースヒータ２７、ポンプ２１および減圧バルブ２８を制御して、タンク２４および供給配管２６内の水の温度および圧力を制御するように構成される。
【００８５】
ここで図３ａおよび図３ｂを参照して、ノズルデバイス１４をより詳細に説明する。図３ａは、ノズルデバイス１４の斜視図を示す。この実施形態のノズルデバイス１４は、第１のノズル３１ａと、第２のノズル３１ｂと、第３のノズル３１ｃとを備えている。ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、ノズルデバイス本体３２に接続されている。
【００８６】
ノズルデバイス１４の断面を示す図３ｂに見られるように、ノズルデバイス本体３２は、その中にノズルデバイスリザーバ３４を画定する。ノズルデバイスリザーバ３４は、給水配管２６から水を受け取ることができるノズルデバイス本体３２内の空間である。ノズルデバイスリザーバ３４は、この水を受けることができるように、ノズルデバイス１４の給水配管コネクタ３３を介して給水配管２６に流体接続されている。これにより、水は、給水配管２６から給水配管コネクタ３３に入り、ノズルデバイスリザーバ３４に流入し、ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃを介してノズルデバイス１４から噴出することができる。
【００８７】
各ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、他の各ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃと実質的に同じであるため、ここでは第１のノズル３１ａ（以下、「ノズル」）のみを詳細に説明する。ノズル３１ａは中空の円錐形をしている。上述したように、ノズル３１ａは、一端がノズルデバイスリザーバ３４に流体接続されている。他端において、ノズル３１ａはノズル出口３５ａを画定する。したがって、水はノズルデバイスリザーバ３４からノズル３１ａを通ってノズル出口３５ａから逃げることができる。
［セグメント］
ここで図４ａおよび図４ｂを参照して、第１の壁区画１７ａをより詳細に説明する。第１の壁区画１７ａの斜視図である図４ａに見られるように、第１の壁区画１７ａは、実質的に円筒形であり、その中に第１の壁区画チャンバ部分４７を画定する本体４１を有する。この本体４１は、壁１２と、内壁４２と、第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂとから構成されている。これは図４ｂにより容易に見ることができ、図４ｂは第１の壁区画の断面を示す。壁１２は円筒形である。すなわち、壁１２は、断面が円形の環状体である。内壁４２も円筒形である。内壁４２は、壁１２よりも小さい直径を有する。内壁４２は壁１２内に位置する。内壁４２および壁１２は、それらの間に空洞４３を画定するように離間されている。内壁４２と外壁１２とは、その端部が第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂによって接合されている。第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂは、図４ａに最もよく示されているが、第２のフランジ４４ｂの一部分のみがこの図で見ることができる。第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂは各々、環状である。それらは各々、壁１２と内壁４２との間の間隙に架かるのに十分な幅である。第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂは、この間隙をシールするように配置されている。このようにして、上述のように、内壁４２および外壁１２は、それらの間に、第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂによってシールされた空洞を画定する。第１のフランジ４４ａは、壁１２および内壁４２の一端にあり、第２のフランジ４４ｂは、第１のフランジ４４ａが固定されている端部の遠位にある壁１２および内壁４２の端部にある。
【００８８】
壁１２は、第１のバルブ４９の形態の入口と、第２のバルブ４８の形態の出口とを有する。第１のバルブ４９は、冷却流体（図示せず）の供給源に接続されるように構成される。この実施形態では、冷却流体は液体窒素であり、液体窒素は、第１の移送管を介して第１のバルブ４９に接続され得る第１の液体窒素移送ラインによって供給される。第２のバルブ４８は、第２の移送管を介して第２の液体窒素移送ラインに接続されるように構成されている。他の実施形態では、入口および出口は、図に示されるもの以外の位置に配置され得ることが想定される。そのような他の実施形態の１つでは、入口はこの実施形態の第１のバルブ４９の位置に配置され、出口は第２のバルブ４８の位置に配置される。
【００８９】
第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂは、着氷デバイス１０の他の部分の対応するフランジに接続することを可能にするコネクタを備える。第１のフランジ４４ａは、４つの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを備える。４つの雄型固定具は、図４ａにおいて最も容易に見ることができる。４つの雄型固定具は、第１のフランジ４４ａの外面の周りに互いに等間隔に離間されている。４つの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは実質的に互いに同じであり、そのため、ここでは雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄのうちの１つ４５ａのみについて詳述する。雄型固定具４５ａは、ナットとボルトとからなる。ボルトは、第１のフランジ４４ａに旋回可能に取り付けられている。ナットはボルト上に位置決めされる。ボルトは、ナットをボルトに締め付けることができるように、ねじを切られている。
【００９０】
第２のフランジ４４ｂは、４つの雌型固定具４６ａ、４６ｂ（そのうちの２つのみが図面に見られる）を備える。４つの雌型固定具４６ａ、４６ｂは、第２のフランジ４４ｂの外面の周りに互いに等間隔に離間されている。４つの雌型固定具４６ａ、４６ｂは実質的に互いに同じであり、そのため、ここでは雌型固定具４６ａ、４６ｂのうちの１つ４６ａのみについて詳述する。雌型固定具４６ａは、上述の雄型固定具４５のような雄型固定具のボルトを受けるように配置されている。雌型固定具４６ａは、間で雄型固定具４５ａのボルトが旋回され得る２つの突出部として形成されている。
【００９１】
第２の壁区画１７ｂおよび第３の壁区画１７ｃは、第１の壁区画１７ａと実質的に同じであるが、ビューイングポート１９を備えていない点が異なる。第２の壁区画１７ｂの雌型固定具は、第１の壁区画１７ａの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄに接続されるように配置されている。第３の壁区画１７ｃの雌型固定具は、第２の壁区画１７ｂの雄型固定具に接続するように配置されている。
【００９２】
他の実施形態では、管状セグメント（壁区画１７）は、上述した雄型固定具および雌型固定具のシステムとは異なる接続システムを使用して、隣接する構成要素に解放可能に接続することができる。例えば、接続システムは、隣接する構成要素の隣接するフランジをともにクランプ締めするための取り外し可能なクランプ、隣接する構成要素の隣接するフランジをともにクリップ留めするための取外し可能な周方向バンドを含んでもよく、または、１つの構成要素が隣接する構成要素に直接ねじ込まれてもよく、例えば、１つの管状セグメントの底端部が、別の管状構成要素の上端部に直接ねじ込まれてもよい。
【００９３】
上述したように、第１の壁区画１７ａは、本体４１に接続されたビューイングポート１９を備える。この実施形態では、ビューイングポート１９は、単壁チューブの形態をとる。ビューイングポート１９の管の一端は、第１の壁区画１７ａの内壁４２および壁１２に接続されている。ビューイングポート１９の管の他端は、この実施形態では、ホウケイ酸ガラスのような低温に耐える透明ガラスから作製される観察窓４０によって閉じられている。第１の壁区画１７ａの内壁４２および壁１２は、第１の壁区画チャンバ部分４７が観察窓４０を通して見えるように、ビューイングポート１９がそれらに接続される穴を画定する。
【００９４】
また、ビューイングポート１９は、チャンバ１８内の圧力を計測するために圧力計（図示せず）を接続することができる過圧保護装置８１と、チャンバ１８内の圧力を低減するために真空ポンプ（図示せず）を接続することができるバタフライバルブ８２と、チャンバ１８を清浄化し、それによりチャンバ内の水分を減少させるために乾燥窒素供給源（図示せず）を接続することができる乾燥窒素接続バルブ８３とをも含む。
【００９５】
第１の壁区画１７ａ、第２の壁区画１７ｂおよび第３の壁区画１７ｃの各々は、壁区画１７ａ、１７ｂ、１７ｃの周りに周方向に配置された電気ヒータジャケットの形態のチャンバ加熱手段を有する。電気ヒータジャケットは図示されていない。別の実施形態では、電気ヒータジャケットに加えて、着氷デバイスはまた、各壁区画の周りに断熱ジャケットを有する。これは、チャンバと環境との間の熱伝達を低減するのに役立ち、したがって、断熱ジャケットが存在しない実施形態よりも、よりエネルギー効率が高く、より速い加熱および冷却を可能にする。
［上部ユニット］
再び図１を参照して、ここで着氷デバイス１０の上部ユニット（液滴吐出デバイスホルダ１３）の構成をより詳細に説明する。液滴吐出デバイスホルダ１３は、円板状に成形されている。その外径は、第３の壁区画１７ｃの上部フランジの外径と同じである。液滴吐出デバイスホルダ１３は、第３の壁区画１７ｃの上部に載置されて、第１の壁区画１７ａ、第２の壁区画１７ｂおよび第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の蓋として機能する。液滴吐出デバイスホルダは、その周囲に４つの等間隔に離間された雌型固定具を有する。これらの雌型固定具は、第１の壁区画の一部分を形成する４つの雌型固定具４６ａ、４６ｂと実質的に同じである。それらは、第３の壁区画１７ｃ上の対応する雄型固定具と結合するように配置されている。
【００９６】
この実施形態では、液滴吐出デバイスホルダ１３はノズルデバイス１４をも備えている。ノズルデバイス１４は、液滴吐出デバイスホルダ１３が第３の壁区画１７ｃ上に位置するときに、そのノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃがチャンバ１８の内部に位置するように配置されている。ノズルデバイス１４の給水配管コネクタ３３は、液滴吐出デバイスホルダ１３を通じて延伸し、結果、チャンバ１８の外部の給水配管２６に接続することができる。
【００９７】
最後に、液滴吐出デバイスホルダ１３はまた、圧力センサおよび温度センサをも備え、この実施形態では、これらのセンサは単一のセンサデバイス１０１に組み合わされる。センサデバイス１０１は、チャンバ１８内の圧力および温度を感知できるように、液滴吐出デバイスホルダ１３を通って延伸する。
［氷付着試験デバイス］
図５ａおよび図５ｂは、氷付着試験デバイス１５の斜視図および断面図をそれぞれ示している。これらの図を参照して、ここで氷付着試験デバイス１５について説明する。上述したように、氷付着試験デバイス１５は、着氷デバイス１０の底部ユニットを形成する。これは、第１の壁セグメント１７ａの第２のフランジ４４ｂ上の雌型固定具４６ａ、４６ｂに対応する位置において氷付着試験デバイス１５の本体５９の上部の周りに均等に離間した雄型固定具５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄによって第１の壁区画１７ａに解放可能に固定されるように構成されている。氷付着試験デバイス１５の雄型固定具５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは、第１の壁セグメント１７ａの第１のフランジ部４４ｂの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄと実質的に同じであり、そのため、ここではさらに詳細には説明しない。
【００９８】
図１に関連して上述したように、氷付着試験デバイス１５は、ウェル１６の形態のターゲットを含む。ウェル１６は、サンプルプレート５２とウェル側壁５３の形態の氷係合要素とから構成される。サンプルプレート５２は実質的に円形である。これは、サンプル（図示せず）が固定されることを可能にするためにねじを受け入れるためのねじ穴を備えている。ウェル側壁５３は、サンプルプレート５２の周りに周方向に位置決めされた環状体によって画定される。ウェル側壁５３も実質的に円形である。これは、サンプルプレート５２の周囲でサンプルプレート５２を取り囲む。ウェル側壁５３は、内側部分５６と外側部分５７との２つの部分を有する。内側部分５６は、外側部分５７の半径方向内側に配置される。内側部分５６はまた、外側部分５７から軸方向にオフセットされており、結果、氷付着試験デバイス１５が組み立てられたとき、内側部分５６は、軸方向（および半径方向）において、外側部分５７よりもサンプルプレート５２に近い。ウェル側壁５３の内側部分５６は、サンプルプレート５２から外方に半径方向外側に傾斜している。
【００９９】
ウェル側壁５３の内側部分５６は、ウェル側壁５３のサンプルプレート５２に最も近い側にいくつかの凹部５４を有する。凹部５４は、氷をウェル側壁５３に対して実質的に静止して保持するように、ウェル１６内に形成される氷に係止するように設けられる。この実施形態では、これは１６個の凹部５４を有する。他の実施形態では、他の数の凹部があってもよい。ウェル１６内に形成された氷と係止し、ウェル側壁５３に対して静止して保持するのに十分な数であることを条件として、任意の数の凹部が考えられ得る。この実施形態では、各凹部５４は、実質的に互いに同じ凹部である。この実施形態では、凹部５４は、ウェル側壁５３の内側部分５６の周りで互いに等間隔に離間されている。
【０１００】
ウェル側壁５３の外側部分５７は階段状になっている。外側部分５７の半径方向最内部分は、内側部分５６に対して９０°を超える角度で内側部分５６に当接する。それは、サンプルプレート５２に平行な平面内にある。外側部分５７の半径方向最外部分は、半径方向最内部分に対して段差を付けられており、結果、半径方向最外部分は、軸方向において半径方向最内部分に対して上方にある。これにより、外側部分５７の半径方向最外部分が氷付着試験デバイス１５の本体１９の上部と同一平面上になることが可能になる。外側部分５７の半径方向最外部分は、ウェル側壁５３を氷付着試験デバイス１５の本体５９に接続するためのねじを受け入れるための穴５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄを含む。
【０１０１】
本実施形態では、ウェル側壁５３の内側部分５６の内径は固定されている。本実施形態では、内径は約４０ｍｍである。代替的な実施形態では、異なるサンプルサイズに合わせて調整し、または、サンプルプレート５２に固定されたサンプルの異なる表面領域を露出させるために、ウェル側壁５３の内側部分５６の内径を変えることができる。そのような代替的な一実施形態では、ウェル側壁５３の内側部分５６の内径は、約４０ｍｍと約１００ｍｍとの間で調整可能である。
【０１０２】
側壁５３は、氷付着試験デバイス１５の本体５９の上部に接続され、結果、氷付着試験デバイス１５が着氷デバイス１０の第１の壁区画１７ａに接続されたときに、サンプルプレート５２および側壁５３によって形成されるウェル１６は、着氷デバイス１０のチャンバ１８の底部にある。サンプルプレート５２の軸方向下方で、かつ氷付着試験デバイス１５の本体５９内には、モータ１０２の形態のトルク手段がある。モータ１０２は、さらなる説明なしに当業者によって容易に実装されることが可能であり、したがって、図５ｂのクロスハッチングによって示される種類のものである。サンプルプレート５２は、シャフト１０３によって歯車装置１０５（同じく当業者によって容易に実装可能であり、したがってクロスハッチングのみによって示され得る種類のもの）を介してモータ１０２に接続される。モータ１０２は、サンプルプレート５２を側壁５３に対して回転させることができるように構成されている。
【０１０３】
氷付着試験デバイス１５はまた、図５ａに部分的に示されているトルクリング１０４の形態のトランスデューサ手段をも含む。トルクリング１０４は、シャフト１０３上のトルクを測定し、シャフト上の横方向および軸方向の両方の応力を測定するように構成される。
［組み立て］
再び図１を参照して、ここで着氷デバイス１０の組み立てを説明する。
【０１０４】
最初に、試験されるべきサンプル（この実施形態では、疎氷性である可能性がある材料でコーティングされたアルミニウムＮＳ４のディスク）がサンプルプレート５２に固定される。他の実施形態では、サンプルは、アルミニウムＮＳ４以外の基材および／または異なる疎氷性である可能性がある材料から構成することができる。例えば、基材は、複合材料、ガラス、鋼、または、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはアクリルなどのプラスチックであってもよい。
【０１０５】
着氷デバイス１０の残りの部分を組み立てるために、氷付着試験デバイス１５は、例えば、氷付着試験デバイス１５の本体５９を試験台の穴に嵌め込むことによって、試験台（図示せず）に固定される。氷付着試験デバイス１５の雄型固定具５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄを第１の壁セグメント１７ａの第２のフランジ４４ｂ上の雌型固定具４６ａ、４６ｂに取り付けることにより、第１の壁区画１７ａがその後、氷付着試験デバイス１５の上部に取り付けられる。次に、第２の壁区画１７ｂが第１の壁区画１７ａの上部に取り付けられ、第１の壁区画１７ａの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄが第２の壁区画１７ｂの雌型固定具に固定される。その後、第３の壁区画１７ｃが第２の壁区画１７ｂの上部に取り付けられ、第２の壁区画の雄型固定具が第３の壁区画１７ｃの雌型固定具に固定される。その後、ノズルデバイスホルダ１３が第３の壁区画１７ｃの上部に取り付けられ、同様にして固定される。これは、円柱内に、シールされたチャンバ１８を提供する。
【０１０６】
各壁区画の第１の（入口）バルブ（図１に示せず）は各々、移送管（図示せず）に接続され、これを介して液体窒素移送ライン（図示せず）に接続される。第２の（出口）バルブ（同じく図示せず）も各々、液体窒素移送ライン（図示せず）に接続される。タンク２４（図２に示す）が蒸留水で充填される。ノズルデバイス１４の給水配管コネクタ３３（図３ａおよび図３ｂに示す）が、給水配管２６（図２に示す）に接続される。
［動作］
引き続き図１を参照して、また図４ａも参照して、ここでベンチトップ氷試験デバイス１０の動作を説明する。
【０１０７】
乾燥窒素接続バルブ８３を通じて乾燥窒素を供給することによって、チャンバ１８は水分を一掃される。バタフライバルブ８２に接続された真空ポンプにより、チャンバ内部の圧力が低減される。チャンバ内の圧力は、過圧保護装置８１に接続された圧力計から読み取ることができる。
【０１０８】
液体窒素は、第１のバルブ４９を介して第１の壁区画１７ａの空洞４３に入り、第１の壁区画チャンバ部分４７を冷却し、第２のバルブ４８を介して空洞４３から出る。第２の壁区画１７ｂと第３の壁区画１７ｃとによって画定されるチャンバ部分は、これらの壁区画１７ｂ、１７ｃの対応するバルブおよび空洞を含む対応する動作によって冷却される。このようにして、円柱１１内のチャンバ１８全体が冷却される。この実施形態では、第１の壁区画１７ａの空洞に対する液体窒素の流量は、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分が約−１７．５℃に冷却されるように選択される。このようにして、サンプルプレート５２に最も近い第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、水滴がサンプルプレート５２の表面上で凍結するほど十分に低温である。第２の壁区画１７ｂの空洞に対する液体窒素の流量は、第２の壁区画１７ｂによって画定されるチャンバ１８の部分が約０℃に冷却されるように選択される。第３の壁区画１７ｃの空洞に対する液体窒素の流量は、第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の一部が約１０℃に冷却され、結果、ノズルデバイスリザーバ３４およびノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃ内の水が凍結しないように選択される。
【０１０９】
他の実施形態では、第１の壁区画１７ａの空洞に対する液体窒素の流量は、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分が、過冷却液体の水滴が大気中に発生しやすい最低温度として許容される−４０℃に冷却されるように選択される。これにより、ノズルデバイス１４によって形成される水滴がサンプルプレート５２に接触して凍結することが保証される。例えば、サンプルプレート５２上に透明な氷を生成することが望ましい実施形態では、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、０℃と−５℃との間まで冷却される。サンプルプレート５２上に透明または混合氷を生成することが望ましい実施形態では、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、−５℃と−１０℃との間まで冷却される。サンプルプレート５２上に混合または霧氷を生成することが望ましい実施形態では、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、−１０℃と−１５℃との間まで冷却される。サンプルプレート５２上に霧氷を生成することが望ましい実施形態では、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、−１５℃と−４０℃との間まで冷却される。これらの他の実施形態では、第３の壁区画１７ｃの空洞に対する液体窒素の流量は、第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の部分が、温度が、ノズルデバイス１４によって形成される液滴がサンプルプレート５２と接触して凍結しないほど高いことを条件として、ノズルデバイスリザーバ３４およびノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃ内の水が凍結しない、考えられる任意の温度に冷却されるように選択される。例えば、そのような他の一実施形態では、第３の壁区画１７ｃの空洞に対する液体窒素の流量は、第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の部分が約１５℃まで冷却されるように選択される。
【０１１０】
またさらなる実施形態では、チャンバ１８内に温度勾配（例えば、上記の温度勾配の１つ）を生成するための他の技術が用いられる。
【０１１１】
１つのこのようなさらなる実施形態では、２つ以上の異なる冷却流体が使用される。特に、１つの沸点を有する冷却流体が第１の壁区画１７ａの空洞４３に通され（第１のバルブ４９を介して入り、第２のバルブ４８を介して出る）、より高い沸点を有する異なる冷却流体が、第２の壁区画１７ｂおよび第３の壁区画１７ｃの空洞に通される。代替的に、１つの沸点を有する冷却流体が第１の壁区画１７ａの空洞４３および第２の壁区画１７ｂの空洞に通され、より高い沸点を有する異なる冷却流体が、第３の壁区画１７ｃの空洞に通される。
【０１１２】
第１の壁区画１７ａの空洞４３に通される流体は、例えば液体窒素であってもよく、第３の壁区画１７ｃの空洞に通される流体は、例えば液体アルゴンである（また、いずれかの流体が第２の壁区画１７ｂに対して使用される）。別の例において、第１の壁区画１７ａの空洞４３に通される流体は、例えばヘリウム４であってもよく、第３の壁区画１７ｃの空洞に通される流体は、例えば液体窒素である（また、いずれかの流体が第２の壁区画に対して使用される）。
【０１１３】
別のこのような別の実施形態では、冷却流体（液体窒素など）が最初に第１の壁区画１７ａの空洞４３に通されて、チャンバ１８の部分を冷却し、次に、第２の壁区画１７ｂ、および、その後、第３の壁区画１７ｃの空洞を通って再循環される。このようにして、冷却流体は各空洞を通過する際に加熱される。したがって、これによって、冷却流体が通過する空洞を通じて連続する壁区画によって画定されるチャンバ１８の各部分の冷却を低減することが可能になる。
【０１１４】
さらに別のこのようなさらなる実施形態では、ヒータジャケットのうちの１つまたは複数が、チャンバの一部分を加熱するように動作される。例えば、第３の壁区画１７ｃの周囲のヒータジャケットは、第１の壁区画１７ａおよび第２の壁区画１７ｂによって画定されるチャンバ１８の部分の温度に対して、この壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の部分の温度を上昇させるように動作することができる。別の例では、第３の壁区画１７ｃおよび第２の壁区画１７ｂの周りのヒータジャケットが、両方とも、ただし異なる温度で動作される。具体的には、第３の壁区画１７ｃの周囲のヒータジャケットは、第２の壁区画１７ｂによって画定されるチャンバ１８の部分の温度に対して、第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の部分の温度を増大させるように、第２の壁区画１７ｂの周囲のヒータジャケットよりも高い温度で動作し、これによって、この温度は、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分の温度に対して増大される。
【０１１５】
ここで、ベンチトップ氷試験デバイス１０の第１の記載されている実施形態の動作の説明に戻ると、タンク２４内の水は、タンクヒータ２３によって加熱される。水は、ポンプ２１によって、タンク２４から給水配管２６内に圧送される。水は、トレースヒータ２７によって給水配管２６内でさらに加熱される。この実施形態では、水は約４０℃の温度に加熱される。他の実施形態では、水を他の温度に加熱することができる。水は、ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃと接触して水が凍結しないように十分に高い温度に加熱されることが想定される。さもなければ、ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、冷却されたチャンバ１８内にあるため、水の少なくとも一部を凍結させるのに十分なほど低温になる。特に、水を約２０℃と９５℃との間の温度に加熱することが想定される。
【０１１６】
水は、ノズルデバイスリザーバ３４および各ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃに入る。ポンプ２１によって水に加えられた圧力は、水をノズル出口３５ａ、３５ｂ、３５ｃから出し、噴霧状の水滴を生成する。
【０１１７】
このようにして、特定のサイズの水滴（この実施形態では、液滴は、約１０〜５０マイクロメートル（１０×１０−６ｍ〜５０×１０−６ｍ）の直径を有し、平均直径は約３５マイクロメートル（３５×１０−６ｍ）である）が、ノズルデバイス１４から吐出される。液滴の速度は、ポンプ２１によって生成されるノズルデバイスリザーバ３４内の圧力の増加によって増加する。ノズルデバイスリザーバ３４内の圧力の上昇は、生成される水滴の大きさにも影響を及ぼす。特に、ノズルデバイスリザーバ３４内の圧力を増加させることによって、液滴サイズが減少する。他の実施形態では、他の液滴直径が望ましい場合がある。他の液滴直径は、ポンプ２１を用いてノズルデバイスリザーバ内の圧力を増減することによって達成することができる。代替的に、または加えて、本実施形態のものとは異なる直径のノズル出口を有する代替的なノズルデバイスを使用することができる。
【０１１８】
液滴は、チャンバ１８を通って氷付着試験デバイス１５のウェル１６およびこのウェル１６内のサンプルに向かって垂直下方に移動する。水滴がチャンバ１８を通って移動するとき、水滴は過冷却される。水滴がサンプルプレート５２に衝突すると、それらは凍結する。この実施形態では、水滴サイズおよびチャンバ１８の温度の特定の選択に起因して、霧氷がサンプル上に形成される。サンプルプレート５２上に形成された氷は、ノズルデバイス１４の動作を停止するのに十分な氷がいつ付着するかを決定するために、ビューイングポート１９を通して見ることができる。ノズルデバイス１４は、サンプル上およびウェル１６の側壁５３上に霧氷の層が形成されるまで、上述のように動作し続ける。霧氷はまた、ウェル１６の側壁５３の凹部５４にも入る。次いで、供給配管２６（図２に示す）内のゲートバルブ２５が閉じられ、ポンプ２１がオフにされる。したがって、液滴の形成が停止される。
【０１１９】
他の実施形態では、チャンバ１８内の液滴直径および温度勾配が異なり、結果、他のタイプの氷がウェル１６内に形成される。例えば、冷却された水滴がサンプルプレート５２の表面および側壁５３に衝突し、凍結前に表面を濡らすと、雨氷が形成される。
【０１２０】
さらに他の実施形態では、雨が降ってその後凍結する着氷状態をシミュレートするために、チャンバが冷却される前に（実質的に上記の方法で）水滴が形成される。したがって、水滴は、凍結することなくサンプルプレート５２に衝突し、その後でのみ、上述したようにしてチャンバ１８を冷却することによって凍結される。
【０１２１】
さらに他の実施形態では、（上述のように）水滴の実質的に連続した噴霧を生成するのではなく、ノズルデバイスリザーバ３４および各ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃへの水の流れが、ゲートバルブ２５を閉じることによって周期的に中断される。例えば、これらの実施形態のうちの１つでは、上述のように、ポンプ２１によって水がノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃに圧送（および加熱）される。ゲートバルブ２５が、５秒間にわたって開かれ、その後、１０秒間にわたって閉じられる。このゲートバルブ２５の開閉が繰り返される。したがって、水滴の噴霧は、１０秒間の間隔をおいて、５秒間にわたってサンプルプレート５２上に落下する。この方法は、サンプルプレート５２上に落下した水滴が、（ゲートバルブ２５が閉じられている間に）水滴の噴霧が再開される前に凍結する時間を有するので、サンプルプレート５２上に氷の層を生成するために使用することができる。
【０１２２】
次に、最初に記載された実施形態の説明に戻ると、氷付着試験デバイス１５を用いて、氷がサンプルに付着する剪断強度が測定される。ここで、図５ａおよび図５ｂを参照して、氷付着試験デバイス１５の動作をここで説明する。シャフト１０３、ひいてはサンプルプレート５２を回転させるよう試行するためにトルクを加えるように、モータ１０２に電力が供給される。ウェル１６の側壁５３内の凹部５４は、側壁５３に対する霧氷の層の回転を防止する。したがって、モータ１０２は、サンプルに付着した氷に対抗して作用する。氷がサンプルプレート５２から分離するときのトルクが、トルクリング１０４によって測定される。氷がサンプルプレート５２から分離するときの測定トルクから、氷がサンプルプレート５２に付着する剪断強度、および氷がサンプルプレート５２から分離するときの氷に対する応力が計算され得る。
【０１２３】
このように、上記実施形態は、指定の温度で指定の大きさの水滴を生成するベンチトップ着氷デバイス１０を提供する。氷付着試験デバイス１５は、氷がサンプルに付着する剪断強度を決定するためにベンチトップ着氷デバイス１０と共に使用することができる。
【０１２４】
この実施形態では、試験が実行されると、移送ラインへの液体窒素の流れが止められる。したがって、各壁区画内の空洞への液体窒素の供給が停止され、チャンバ１８はもはや冷却されない。次に、氷付着試験デバイス１５が第１の壁区画１７ａから取り外される。その後、壁区画の各々の周りの電気ヒータジャケットがオンにされる。このようにして、空洞１８が加熱される。これは、次の試験が実行される前に空洞１８が乾燥されることを可能にする。他の実施形態では、試験中の空洞１８内の所望の温度に応じて、試験前または試験中に移送ラインへの液体窒素の流れを止めることができる。
［ランバックアイス試験デバイス］
上述したように、他の底部ユニットを着氷デバイス１０と共に使用することができることが想定される。第２の実施形態では、着氷装置の底部ユニットは、ランバック(runback)アイス試験デバイスの形態である。この実施形態の着氷装置は、上述したような着氷デバイス１０の形態であるが、氷付着試験デバイスの本体５９に、ランバックアイス試験デバイスが接続されている。
【０１２５】
この実施形態のランバックアイス試験デバイスは、ランバックアイス試験取り付け具６０と、氷付着試験デバイス１５で使用されたのと同じモータ１０２および歯車装置１０５とで構成される。他の実施形態では、専用のモータおよび歯車装置を、ランバックアイス試験デバイスに使用することができる。ランバックアイス試験取り付け具６０は、以下でより詳細に説明するように、モータ１０２（これは図には示されていない）に接続されている。
【０１２６】
図６ａ〜図６ｄは、ランバックアイス試験取り付け具６０の異なる斜視図を示す。これらの図を参照して、ここでランバックアイス試験取り付け具６０を説明する。ランバックアイス試験取り付け具６０は、プラットフォーム６１の形態のターゲットを含む。プラットフォーム６１は、図６ｄに最も明瞭に見ることができる。この実施形態では、プラットフォーム６１は長方形である。プラットフォーム６１は上面６２を有する。プラットフォーム６１は、第１の区画６３と第２の区画６４の２つの区画に分割される。第１の区画６３と第２の区画６４は両方とも長方形である。第１の区画６３および第２の区画６４は、同じ幅および深さを有する。この実施形態では、第１の区画６３は第２の区画６４よりも長い。したがって、第１の区画６３は、第２の区画６３よりも大きい表面積を有する。
【０１２７】
この実施形態では、プラットフォーム６１は、約２ｍｍの厚さ、約５８ｍｍの幅、および約４５ｍｍの長さを有する。他の実施形態では、プラットフォーム６１は、プラットフォーム６１がチャンバ１８内に収まらないほど大きくないことを条件として、異なる寸法を有してもよい。
【０１２８】
プラットフォーム６１の第１の区画６３および第２の区画６４は、断熱構成要素６５上に配置されている。断熱構成要素６５は、この実施形態ではポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作製されるが、他の実施形態では断熱性の良好な他の材料を使用することもできる。断熱構成要素６５は、プラットフォーム６１の第１の区画６３および第２の区画６４を収容するのに十分な面積を有する矩形として形成された基部６６を有する。断熱構成要素６５はまた、突出部６６を有する。突出部６６は、プラットフォーム６１の第１の区画６３と第２の区画６４との間に突出した熱障壁を提供する。突出部６６は、基部６６の長辺の一方から反対側に延伸する。言い換えれば、突出部６６はプラットフォーム６１の幅にわたって延伸する。突出部は、プラットフォーム６１の第１の区画６３と第２の区画６４とが当接する実質的に平坦な側面を有する。突出部６６は、プラットフォーム６１の第１の区画６３および第２の区画６４の高さよりもわずかに高い高さを有し、結果、プラットフォームの上面６２よりも上に突出する。
【０１２９】
プラットフォーム６１の第１の区画６３および第２の区画６４は、それらの中にヒータ要素（図示せず）を有する。ヒータ要素は、独立して制御可能な電気ヒータである。これらはプラットフォーム６１の上面を加熱するように配置されている。ヒータ要素は各々、ヒータ要素コントローラ（図示せず）の形態のヒータ手段コントローラに接続されている。ヒータ要素コントローラは、ヒータ要素を互いに独立してオンおよびオフに切り替えるように構成されている。この実施形態では、ヒータ要素コントローラは、各ヒータ要素が加熱される温度を制御するようにさらに構成される。
【０１３０】
プラットフォーム６１がその上に載置されている断熱構成要素６５は、旋回(pivoting)プレート６８に取り付けられている。旋回プレート６８は、この実施形態では、モータ１０２、歯車装置１０５、および継手６９（モータ１０２および歯車装置１０５は図６ａ〜図６ｄには示されていない）から構成されるプラットフォーム傾斜手段に旋回可能に取り付けられている。継手６９は、歯車装置１０５を介して旋回プレート６８をモータ１０２に接続する。継手６９および歯車装置１０５は、モータ１０２の回転が、旋回プレート６８を傾斜させ、結果、プラットフォームの第２の区画６４がプラットフォームの第１の区画６３の上にくるように構成される。継手６９は、モータ１０２が回転を停止したときに旋回プレート６８を傾斜位置に保持するように構成されている。
［組み立て］
氷ランバック試験デバイスと共に使用されるベンチトップ着氷デバイスは、組み立て中に氷ランバック試験デバイスが氷付着試験デバイス１５の代わりに使用されることを除いて、実質的に、氷付着試験デバイス１５と共に使用される着氷デバイス１０に関して上述したように組み立てられる。
［動作］
図１および図６を参照して、ここでこの第２の実施形態のベンチトップ氷試験デバイスの動作を説明する。まず、プラットフォーム６１が位置決めされる。モータ１０２が回転される。このモータ１０２の回転により、プラットフォーム６１の第２の区画６４がプラットフォーム６１の第１の区画６３の上にあるように、継手６９が旋回プレート６８を旋回させる。この実施形態では、旋回プレート６８は、５０°の角度に旋回されるが、他の実施形態では、他の角度でランバックアイスを試験するために旋回プレート６８をこれらの他の角度に旋回させることができる。旋回プレート６８が所望の角度に旋回されると、モータ１０２は停止される。
【０１３１】
次に、液体窒素を用いて、実質的に上述のようにチャンバ１８が冷却される。プラットフォーム６１の第１の区画６３のヒータ要素がオンにされる。この特定の実施形態では、第１の区画６３は、約３０℃の温度に加熱される。他の実施形態では、第１の区画６３を他の温度に加熱することができる。第１の区画６３は、疎氷性である可能性があるコーティングと共に使用される電熱式防氷システムを表す温度に加熱されることが想定される。
【０１３２】
次に、過冷却または冷却された液滴が、実質的に、第１の実施形態に関して上述したように生成される。すなわち、ノズルデバイス１４から水滴を吐出することによって生成される。
【０１３３】
液滴はプラットフォーム６１上に蓄積される。プラットフォーム６１の第２の区画６４は加熱されないので、液滴は第２の区画６４上に霧氷を形成する。他の実施形態では、上述のように、雨氷または雨氷と霧氷との混合物が、第２の区画６４上に形成される。プラットフォーム６１の第１の区画６３は加熱されるので、第１の区画６３に氷は形成されない。突出部６６は、第２の区画６４上に形成された氷がプラットフォーム６１の第１の区画６３上へと延伸することを防止する。突出部６６は、第１の区画６３と第２の区画６４との間の熱障壁として作用する。
【０１３４】
第１の実施形態と同様に、氷の付着は、ビューイングポート１９を通して見ることができる。十分な氷がプラットフォーム６１の第２の区画６４に蓄積されたと判定されるとき、ノズルデバイス１４の動作は停止される（第１の実施形態に関して上述したように）。したがって、プラットフォーム６１上にそれ以上液滴は落ちない。
【０１３５】
プラットフォーム６１の第１の区画６３のヒータ要素がオフにされる。第１の区画６３は、この実施形態では、約−１５℃の温度に冷却することを可能にされる。他の実施形態では、オペレータが試験を近似することを望む大気状態に応じて、他の温度を選択することができる。例えば、他の実施形態では、第１の区画６３は、この実施形態よりも高い温度、０℃と−１５℃との間で冷却することを可能にされ得る。プラットフォーム６１の第２の区画６４のヒータ要素がオンにされる。第２の区画６４上に形成された氷が融解し始める。融解氷からの水は、突出部６６を越えてプラットフォーム６１の第１の区画６３へと下向きに流れる。水は、プラットフォーム６１の第１の区画６３上で凍結し、ランバックアイスを形成する。
【０１３６】
他の実施形態では、旋回プレート６８の他の角度、ならびに、第１の区画６３および第２の区画６４が加熱および冷却される他の温度を選択することができ、異なる厚さの氷を第２の区画６４上に形成することが可能にされ得る。このようにして、多くの異なる状態下で、ランバックアイスの形成および挙動を研究することができる。
【０１３７】
試験が実行されると、移送ラインへの液体窒素の流れが止められる。したがって、各壁区画内の空洞への液体窒素の供給が停止され、チャンバ１８はもはや冷却されない。第１の実施形態と同様に、各壁区画の周りの電気ヒータジャケットは、次の試験が実行される前に空洞１８が加熱されて乾燥するようにオンにされる。その後、氷ランバック試験デバイスは、本体５９から取り外される。他の実施形態では、試験中の空洞１８内の所望の温度に応じて、試験前または試験中に移送ラインへの液体窒素の流れを止めることができる。
［他の実施形態］
着氷装置は、他の実施形態では、追加の構成要素を含むことができること、または、その構成要素のいくつかを代替的な構成要素で置き換えることができることが想定される。
【０１３８】
例えば、１つのそのような代替的な実施形態では、依然としてベンチトップ着氷デバイスの形態の氷付着試験デバイスは、円柱の各部分の周囲に断熱ジャケットをさらに有する。
【０１３９】
別の代替的な実施形態において、この装置は、ある量の気体をチャンバ内に導入し、チャンバ内の気体量をシールするためのバルブ手段を備える。バルブ手段は、例えば装置のビューイングポートを通ってチャンバの壁を貫通して延在する二方向弁の形態であり、結果、開放すると、ベンチトップ着氷デバイス内のチャンバを外部気体供給源と接続し、気体がチャンバ内に入ることを可能にすることができる。閉鎖されると、二方向弁はチャンバをシールする。
【０１４０】
さらにべつの代替的な実施形態において、装置は、チャンバ内に減圧を生成するための圧送手段を含む。この実施形態では、装置は、例えば装置のビューイングポートを通ってなど、チャンバの壁を通って延在する二方向弁を有する。圧送手段は、真空ポンプの形態である。真空ポンプは、管を介して二方向弁に接続されている。開いているとき、かつポンプのスイッチが入っているとき、バルブはチャンバ内からの気体を通過させる。ポンプは、バルブを通じて気体を吸引し、それを吐出する。このようにして、チャンバ内の圧力を低減することができる。この実施形態では、円柱は少なくとも１４．１ｋＰａまでの圧力に耐えるように構成されている。
【０１４１】
さらなる代替的な実施形態では、装置はコントローラを備える。この実施形態では、コントローラはマイクロコントローラの形態である。マイクロコントローラは、第１の実施形態に関連して説明したタイプのセンサデバイスに接続され、結果、センサデバイスから圧力信号および温度信号を受け取ることができる。マイクロコントローラはまた、ちょうど説明した２つの代替的な実施形態に関連して説明したように、バルブ手段および圧送手段に接続され、結果、これらを制御し、それによって、チャンバ内の圧力を制御することができる。最後に、マイクロコントローラは、第１の実施形態に関連して上述したチャンバ加熱手段に接続され、結果、これを制御し、それによりチャンバ内の温度を制御することができる。マイクロコントローラは、センサデバイスからの信号に基づいて圧力および温度を制御するようにプログラムされる。
【０１４２】
さらに別の実施形態では、装置はより多くのまたはより少ない管状セグメントを含む。
【０１４３】
例えば、１つのそのような代替的な実施形態では、装置は２つの管状セグメントのみを備える。これらの管状セグメントの１つは、第１の実施形態に関して説明した第１の壁区画と実質的に同じである。他の管状セグメントは、第１の実施形態に関して説明した第３の壁区画と実質的に同じである。したがって、この代替的な実施形態では、円柱の高さは、（第１の実施形態のような）３つの管状セグメントがある実施形態の円柱の高さよりも小さい。これにより、よりコンパクトな装置が得られる。
【０１４４】
第２のこのような代替的な実施形態では、４つの管状セグメントがある。装置は、第１の壁区画と第２の壁区画との間に追加の壁区画を有する点を除いて、実質的に、第１の実施形態に関して上述した通りである。この追加の壁区画は、第１の実施形態の第２の壁区画および第３の壁区画と実質的に同じである。したがって、この代替的な実施形態における円柱の高さは、第１の実施形態における円柱の高さよりも大きい。これにより、より少ない管状セグメントを有する着氷デバイスの場合よりも、円柱の底部にあるターゲットに衝突したときにノズルデバイスによって生成される液滴の速度がより速くなる。
【０１４５】
別の代替実施形態では、液滴吐出デバイスは、ノズルデバイス１４の代わりに圧電デバイス７０である。圧電デバイス７０は、図７に概略的に断面で示されている。この図を参照して、ここで圧電デバイス７０についてより詳細に説明する。
【０１４６】
圧電デバイス７０は、水路７１の形態の複数の貫通孔を有するプレート７３から構成される。水路７１の数は、（後述するように）一度に１つの水滴を生成する各水路７１に基づいて、所望の着氷状態を提供するのに十分な水滴を提供するように選択される。
【０１４７】
この実施形態では、プレート７３の直径は、水滴の外側への拡散を計上するために、液滴が噴霧される領域の直径よりも小さくなるように選択される。しかし、別の実施形態では、プレート７３の直径は、液滴を噴霧する領域の直径と実質的に同じになるように選択される。プレート７３は、その周囲にトレース加熱要素２７を有する。これは、プレート７３を加熱するためのものである。
【０１４８】
各水路７１は、圧電結晶７２の形態の圧電素子を含む。圧電結晶７２は各々、電流が流れるときに、それぞれの水路７１からこの変形によって形成される空間に水を引き込むように屈曲するように構成されている。電流が供給されないとき、圧電結晶７２は元の形状に戻る。圧電結晶７２は各々、これが行われるときに、それぞれの水路７１から水滴を吐出するように構成されている。各圧電結晶７２は、電気接続７４を介して、結合された電源およびコントローラ７５に接続されている。これは、電源およびコントローラ７５から圧電結晶７２に電流を供給し、供給される電流の大きさを制御するためのものである。
【０１４９】
圧電結晶７２のタイプは、水路７１から吐出するために所望される液滴の大きさに応じて選択される。所与の電流の下で比較的大きく変形する圧電結晶７２は、変形後に弛緩するときに比較的多量の水を吐出する。圧電結晶７２のタイプはまた、水路７１から吐出するために所望される速度にも応じて選択される。特に、電流が通過することに応答して変形後に比較的急速に弛緩するタイプの圧電結晶７２は、水路７１から比較的速い速度で液滴を吐出する。
【０１５０】
圧電デバイス７０は、ノズルデバイス１４に代えて液滴吐出デバイスホルダ１３内に取り付けられている。圧電デバイスが接続されている水滴生成システム２０の残りの部分は、図２に関して上述したものと実質的に同じである。言い換えれば、圧電デバイス７０は、トレースヒータ２７を備えた給水配管２６、ならびにポンプ２１およびタンク２４、ならびに、図２に示された他のすべての構成要素に接続されている。
【０１５１】
動作時には、給水配管２６から水路７１に水が供給される。電源およびコントローラ７５は、電気接続７４を介して圧電結晶７２に電流を供給するように動作する。これは、それぞれの水路７１からこの変形によって形成される空間に水を引き込むように、圧電結晶７２を第１の方向に屈曲させる。その後、圧電素子７２を通る電流は、圧電素子が元の形状に戻り、水滴の形態で水を押し出すように、停止される。圧電結晶７２に供給される電流の大きさは、圧電結晶７２の変形の大きさを決定するように、コントローラ７５を用いて選択される。これによって、圧電デバイス７０によって生成される液滴のサイズが制御される。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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