(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空輸送体上で使用するための氷粒検出システムであって、
氷粒を含む空気流と平行な縦軸を有し、その前方部に入口およびその後方部に出口を含む導管と、
氷粒の堆積によって少なくとも部分的に前記導管の前記出口がふさがれたときを検出するように構成され、さらに、氷粒の堆積が検出されたとき、表示信号を供給するように構成されたセンサと、
前記センサと通信する処理装置と、
前記導管を加熱する加熱出力を提供するヒータと、を含み、
前記入口の横断面面積が、前記出口の横断面面積より大きく、したがって空気流中の氷粒を前記導管の前記出口で堆積させることができ、
前記処理装置は、過冷却液体水が導管において凍結するのを防ぐが、前記導管に蓄積される閾値レベルを上回る濃度を有する氷粒を溶かさないように、前記ヒータの加熱出力を調節するように構成されていることを特徴とする氷粒検出システム。
【請求項２】
前記センサは、検知要素を備え、前記検知要素は、前記導管の内部内の圧力を検知するために、前記導管の壁中に圧力タップを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサは、変換器を備え、前記変換器は、基準圧に対して、前記導管の内部の圧力を検知するように構成された差圧センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記導管は、第１の導管であり、
前記基準圧を供給するように構成された圧力タップを含む第２の導管をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ヒータは、前記第１の導管を第１の温度まで加熱するように構成された第１のヒータであり、
前記システムは、前記第２の導管を第２の温度まで加熱するように構成された第２のヒータをさらに含み、
前記第１および第２の温度は、閾値レベルと関連付けられ、それによって、氷粒の濃度が前記閾値レベルより大きいと、前記第１の導管に障害物を蓄積させることになり、前記氷粒の濃度が前記閾値レベルより小さいと、前記氷粒が溶かされて、前記第２の導管が氷結しない状態に保たれることになることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記センサは、前記導管の壁内に支持された、前記導管の内部の圧力を検知するように構成された圧力センサを含み、
前記処理装置は、さらに、前記導管中の氷粒の蓄積を表す前記導管の内部の圧力の上昇を検出するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記センサは、前記導管の内部の温度を測定するために、前記導管の壁内に支持された温度センサを含み、
前記処理装置は、さらに、氷粒の蓄積が前記導管中に形成されたときの、前記導管の内部の温度の変化を検出するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記センサは、光源および光受容デバイスを含み、
前記光源は、前記光受容デバイスに向けて前記導管の内部の一部分を通して光ビームを放射するように構成され、
前記光受容デバイスは、前記氷粒の蓄積によって前記光ビームが阻まれたときを検出するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記処理装置は、前記ヒータの加熱出力レベルを調整するように構成され、その結果、前記導管は、前記空気流における氷粒の濃度が前記閾値以下であるとき、氷結しない状態に保たれ、かつ前記空気流における氷粒の濃度が前記閾値を上回るときは、氷粒の蓄積で詰まることを許容されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
航空輸送体の近傍で氷を検出する方法であって、
選択されたパワーレベルで導管を加熱するステップと、
氷粒を含む空気流が導管に入ることを許容するステップと、
前記導管の内部容積内のパラメータを測定するステップと、
前記導管の前記内部容積内で測定された前記パラメータに基づき、氷粒の蓄積が存在することを検出するステップと、
を含み、
ヒータの加熱出力レベルは、過冷却液体水が導管内で氷結するのを阻止するように調整され、かつ前記導管内に蓄積する閾値レベルを上回る濃度を有する氷粒を溶かすのを避けるための低さであることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記氷粒の蓄積の開始を検出してから、前記氷粒の蓄積がその後に消滅したことを検出するまでの時間の長さを測定するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
総圧、静圧、全温度および静温度の少なくとも１つを含む、前記導管の外部の空気の状態を測定するステップと、
前記導管の外部の空気の測定された状態に基づき、前記導管の加熱を調節するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記パラメータは、圧力、温度および光ビーム妨害からなるパラメータの群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記導管は、収束導管であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１０から１３のいずれかに係る方法の実施のために、コンピュータ可読媒体上に格納されることを特徴とするプログラムコード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年９月２５日出願の米国特許仮出願第６０／８２６，８２７号明細書に基づき優先権を主張するものであり、その全体の開示は、参照によって本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本開示は、一般に氷の検出に関し、より詳しくは、航空機が飛行中であるとき、氷粒の蓄積を検出し測定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
航空輸送体の設計者にとって重要である大気条件には、液体水含有量（ＬＷＣ：ｌｉｑｕｉｄ  ｗａｔｅｒ  ｃｏｎｔｅｎｔ）および氷水含有量（ＩＷＣ：ｉｃｅ  ｗａｔｅｒ  ｃｏｎｔｅｎｔ）が含まれる。ＬＷＣは、しばらくの間、航空機の表面上の過冷却液体水の凍結のために有害な氷の源の中心であったが、近年、大気の氷含有量および起こり得る有害な氷粒の蓄積に注目が集まっている。これらの粒子は、個別の氷の結晶、雪片などの結晶の凝集体晶、または過冷却水滴と衝突して、雪あられや雹など、より密集した球状の粒子を形成した結晶の形態をとっていることがある。氷粒のサイズは、ミクロンからセンチメーターまで、著しく変化することがある。昔は、氷粒は、一般に、航空機の外殻に危害を加えるとは見なされなかった。というのは、それらは、通常、航空機の表面に当たって跳ね返り蓄積しないからである。とはいえ、氷粒は、航空機に関連した問題を引き起こすことがある。たとえば、氷粒が航空機のエンジン、ダクトまたは空洞中に取りこまれたとき、氷粒は、互いに結合して、有害になり得る妨害物を形成することがある。また、蓄積した氷粒は、溶けて、次いで航空機のシステムの下流部分内で再凍結し、さらにエンジンおよび／またはエアデータの計装に問題を引き起こすことがある。これらの起こり得る問題を見極める助けにするために、ＦＡＡは、他の活動の中で氷粒吸い込みに起因するエンジン事象を調査する防除氷協調作業グループ（Ｉｃｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｈａｒｍｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ）を設置している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
氷粒の蓄積を検出し、十分な期間、十分に凝縮して存在する氷粒を検出する必要が、本技術の現状では存在する。というのは、実質的な氷の凝縮が、航空輸送体上に有害な影響を及ぼす恐れがあるからである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般に、本開示では、氷粒を検出するためのシステムおよび方法が説明される。一実施形態では、とりわけ、航空輸送体上で使用される氷粒を検出するためのシステムが述べられる。このシステムは、縦軸が実質的に空気流と平行である導管を含む。導管は、その前方部に入口およびその後方部に出口を含む。システムは、氷粒の蓄積によって少なくとも部分的に導管の出口がふさがれたときを検出するように構成されたセンサも含む。また、センサは、さらに、氷粒の蓄積が検出されたとき、表示信号を供給するように構成される。システムは、また、センサと通信する処理装置と、氷粒を溶かすことができる温度まで導管を加熱するように構成されたヒータと、を含む。入口の横断面面積が、出口の横断面面積より大きく、したがって、導管の出口で空気流中の氷粒を蓄積させることができる。
【０００６】
いくつかの実施形態のうちの１つでは、氷検出装置中で使用される導管が、本明細書で開示される。この一実施形態での導管は、その中を空気が流れることができるチャネルを有した中空管を含む。導管は、中空管の第１の端部に配置された入口も含む。入口は、空気がチャネルに流入することが可能なように構成され、第１の横断面面積を有する。また、導管には、中空管の第２の端部に配置された出口が含まれる。出口は、空気がチャネルから流出することが可能なように構成され、第２の横断面面積を有する。第１の横断面面積は、空気流中の氷粒の濃度が閾値レベルを超えたとき、チャネル内に障害物が形成されるように、第２の横断面面積より大きい。
【０００７】
本出願は、氷粒を検出するための方法の実施形態も含む。一実施形態では、航空媒体の近傍で氷を検出する方法が開示される。この方法は、選択されたパワーレベルで導管を加熱するステップと、導管の内部容積内のパラメータを測定するステップと、を含む。方法は、導管の内部容積内で測定されたパラメータに基づき、氷粒の蓄積が存在することを検出するステップも含む。
【０００８】
本明細書に、氷蓄積を測定するためのソフトウェアプログラム（１つまたは複数）の実施形態も開示される。一実施形態では、プログラムは、コンピュータ可読媒体上に格納され、導管の内部のパラメータの測定値を受け取るように構成されたロジックを含む。導管は、第１の横断面面積を有した入口および第２の横断面面積を有した出口を含む。第１の横断面面積は、第２の横断面面積より大きい。プログラムは、氷粒によって導管の出口がふさがれたときを検出するために、導管の内部のパラメータを処理するように構成されたロジックも含む。
【０００９】
本開示の他の特徴、利点および実施は、本明細書に明らかには開示されていないが、以下の詳細な説明および添付図面を検討したとき、当業者に明らかになる。本開示のそのような暗示された実施を本明細書に含むように意図される。
【００１０】
以下の図中の構成要素は、必ずしも一定の尺度で描かれていない。その代わりに、本開示の一般的な原理をはっきりと示すことに重点が置かれている。対応する構成要素を指定する参照文字は、一貫性および明快さのために図のすべてにわたって必要な場合繰り返される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による氷検出装置の斜位像を示す図である。
【図２】氷検出システムの第１の実施形態の概略図である。
【図３】氷検出システムの第２の実施形態の概略図である。
【図４Ａ】図２および３に示す導管のうちの１つなどの導管の例示の一実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】図２および３に示す導管のうちの１つなどの導管の例示の一実施形態を示す図である。
【図４Ｃ】図２および３に示す導管のうちの１つなどの導管の例示の一実施形態を示す図である。
【図５】図２および３に示す検知要素のうちの１つなどの検知要素の第１の実施形態の図である。
【図６】図２および３に示す検知要素のうちの１つなどの検知要素の第２の実施形態の図である。
【図７】図２および３に示す検知要素のうちの１つなどの検知要素の第３の実施形態の図である。
【図８】図２および３に示す検知要素のうちの１つなどの検知要素の第４の実施形態の図である。
【図９】一実施形態による氷粒を検出するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
航空機が飛行中のとき、氷粒は、航空機の様々な構成要素およびシステム上で、またはそれらの中で積み重なる、または凝集することがある。氷のこのような堆積または形成は望ましくなく、空気流を妨げる、または制限し、構成要素およびシステムの動作を妨げることがある。氷が蓄積しようとするこの傾向を利用して、本開示では、氷粒の蓄積が航空機の構成要素およびシステムの動作に悪影響を及ぼすことがあるレベルに到達したとき、警報または表示を提供するためのシステムおよび方法が述べられる。氷のレベルが過度であるという警報に応答して、障害を減少させる、または回避さえするために、続いて是正処置を取ることができる。警報または表示を航空機の乗員に提供して、乗員に処置を取るように促すことができ、あるいは警報または表示を除氷装置などの外部装置に供給することができ、外部装置は、警報に応答して自動的に処置を取るように構成することができる。
【００１３】
図１に、氷検出装置１０の例示の一実施形態を示す。氷検出装置１０は、第１の収束導管１２、第２の収束導管１４、支柱１６、ベース１８、筺体２０、およびコネクタ２２を含む。氷検出装置１０は、航空機が飛行中のときに空気流中の氷粒を検出するために、航空機（表示せず）上に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、第１の収束導管１２および第２の収束導管１４は、サイズおよび形状が実質的に等しい。また、第１および第２の収束導管１２および１４は、互いに近くに配置し、または同様の空気流のパターンに直面する位置に配置することができる。さらに、第１および第２の収束導管１２および１４は、実質的に同じ方向に、あるいは空気流に対して少なくとも同様の方向に方向付けることができる。図に示すように、第１および第２の収束導管１２および１４は、ベース１８の上のほぼ同じ高さに配置される。しかし、２つの収束導管１２および１４は、航空機について同様の空気流パターンに直面するのに適した、すべての相対的な位置を取ることができることに留意すべきである。適切な寸法によって設計され適切な方向で取り付けられたとき、収束導管１２および１４は、計画的に意図的に氷粒を蓄積させることができる。また、空気力によって、収束導管１２および１４の内側壁に接触して蓄積した状態に維持することができる。
【００１４】
ベース１８は、その周辺のまわりに穴を含み、その穴によって航空機の外殻に氷検出装置１０を取り付けることを可能にすることができる。この場合、氷検出装置１０は、ナット、ボルト、リベットなどを使用して航空機に取り付けることができ、あるいは他の実施形態では、任意の他の適切な取り付け部品を使用して航空機に取り付けることができる。ベース１８は、航空機に対して固定位置に氷検出装置１０を保持するように働く。氷検出装置１０は、航空機の胴体、翼、尾部、エンジンインレットまたは他の部分に取り付けることができる。氷検出装置１０の取り付け位置は、空気力学、温度特性、振動特性、および外部装置によって得られる追加のエアデータ計測値の有効性に基づくことができる。
【００１５】
筺体２０は、以下により詳しく述べるように、複数の電子部品を収納することができ、それらは、測定可能なパラメータを検出し信号を処理し、そしてフィードバック法によって構成要素を制御するように構成することができる。他の実施形態では、これらの電子部品は、筺体２０の外部でベース１８の上の氷検出装置１０の構造の一部分中に配置する、あるいは航空機の内部の遠隔位置に配置することができる。コネクタ２２は、検出信号、警報信号、警告信号などを他の装置、たとえば除氷装置に電気的に伝達するために（有線、または無線の送信のいずれかによって）、任意の適切な適合構造、ピン、端子などを含む。
【００１６】
図２は、氷検出システム２４の第１の実施形態を示す図である。氷検出システム２４は、導管２６、検知要素２８、変換器３０、信号処理システム３２、および加熱要素３４を含む。導管２６は、任意の適切なサイズおよび形状を有する支柱３６によって航空機（図示せず）上に支持される。支柱３６は、航空機が飛行中のとき、導管２６の縦軸が航空機に対する空気流と実質的に一直線になるように、安定した姿勢で導管２６を保持する。航空機の様々な部分のまわりでの空気流特性に依存して、導管２６は、空気が導管２６の内部を流れるように、任意の適切な方向に位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、導管２６の縦軸は、航空機が進んでいる方向に実質的に位置合わせされる、すなわち、導管２６が航空機の表面の一部分の近くに配置されたとき、そこでは、その一部分の上の空気流が、航空機の飛行方向と実質的に一致する。支柱３６は、電気的に、または他の手段によって加熱して、飛行中氷結させずにそれを動作させることができる。
【００１７】
導管２６は、空気が導管に流入する前方部３８、および空気が導管から流出する後方部４０を含む。前方部３８の横断面面積は、後方部４０の横断面面積より大きく、したがって、ある意味で、導管２６は、その中を流れる空気をじょうご状に通す。導管２６は、頂部が切断された円錐として図２に示してあるが、本発明は、それによって限定されるものではない。空気が一定濃度の氷粒を含む時、氷粒は、導管２６の後方部４０中で蓄積させられ、障害物または妨害物を生成することができる。これが起きた時、導管２６の内側壁に沿ったポイントで静的空気圧の上昇が生じ、以後これを「壁圧」という。また、導管２６の内部内の他のパラメータは、同様に変化することがある。検知要素２８は、氷粒の障害物または妨害物から生じる導管２６の内部のパラメータの変化を検知する。
【００１８】
検知要素２８は、検知された、または測定されたパラメータを変換器３０に供給し、それは、検知されたパラメータを対応する電気信号に変換する。いくつかの実施形態では、検知要素２８および変換器３０は、組み合わせて特定のパラメータを検知するための単一の検出装置を形成することができる。変換器３０は、ノイズおよび／または電磁干渉を抑制するフィルタ回路を含むことができる。変換器３０は、アナログデジタル変換器などの他の電気回路を含むこともできる。検知されたパラメータを電気信号に変換した後、変換器３０は、この信号を信号処理システム３２に供給する。
【００１９】
信号処理システム３２は、たとえばマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ、メモリ構成要素などを含むことができる。メモリ構成要素は、内部に固定記憶媒体および／またはリムーバブル記憶媒体を含むことができる。メモリ構成要素内の記憶装置は、揮発性および／または不揮発性のメモリを含むこともでき、空気流中の氷粒の濃度を測定する、または検出するためのロジックを含むソフトウェアプログラムをリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）中に格納することができる。信号処理システム３２のマイクロプロセッサは、氷の濃度を測定するために関連した機能を果たすソフトウェアを実行することができる。加熱要素３４の温度を上昇させ、または低下させ、次いで導管２６の温度を上昇させ、または低下させるように加熱要素３４へのパワーの印加を調節するロジックを含むことができる。導管２６の内部の測定されたパラメータを処理し、時間経過によるパラメータの変化を格納するロジックも含むことができる。遠隔にある表示スクリーンを制御する、または航空機のアビオニクスにパラメータまたは状況を指示するために、外部装置と通信するロジックも含むことができる。氷の蓄積が航空機の構成要素およびシステムの動作を乱すのに十分なほど深刻であると信号処理システム３２が検出したとき、信号処理システム３２は、是正処置を取ることができるように進んだ警報を生成する。
【００２０】
信号処理システム３２は、たとえば外部装置によって収集された他のパラメータまたは外気の特性を受け取るように構成することができる。これらの他のパラメータは、たとえば全温度、総圧、静圧、対気速度、高度、湿度などを含むことができる。これらのパラメータは、一定の氷粒濃度レベルになると氷障害物を蓄積させることができることを保証するために加熱パワーを調節することができるように、対流熱除去の変動および導管２６への大気温度の影響を計算するために使用することができる。
【００２１】
信号処理システム３２は、その内部回路にパワーを供給するための低電力電源装置および加熱要素３４にパワーを供給するための高電力電源装置を含むこともできる。たとえば、加熱要素３４に供給されるパワーは、最大約３００ワット程度とすることができる。信号処理システム３２は、蓄積した氷が溶ける速度を制御するようにパワー量を調節することができる。
【００２２】
一般に、加熱パワーは、空気温度が上昇する、および／または検知要素２８の上の空気流量が減少すると、減少させることになる。パワー量の調節は、信号処理システム３２のメモリ中に格納されたアルゴリズムまたはルックアップテーブルによって規定することができる。アルゴリズムまたはルックアップテーブルは、温度、圧力、空気流量などの様々なエアデータ情報が知られた複数の条件で加熱要素２８を較正することによって、規定することができる。たとえば、その較正は風洞中で実施することができる。
【００２３】
図２では、加熱要素３４が導管２６のわずかな部分だけを覆っているように示されているが、加熱要素３４は、部分的に、または完全に導管を覆うように設計することができることを理解すべきである。また、加熱要素３４は、導管２６の外部に配置する、導管２６の壁材料内に埋め込む、あるいは導管２６の内側表面に隣接して配置することができる。加熱要素３４は、過冷却液体水が凍結しないように防止する温度まで加熱される。それより高い温度まで加熱されたとき、加熱要素３４は、氷粒が導管２６内で蓄積し得る速度を減速させる。氷蓄積は、通常、加熱要素３４が氷を溶かすことができる速度より大きい速度で氷粒が導管２６に入る限り、持続される。
【００２４】
最も厳しい温度条件での過冷却液体水の凍結を防止するために、加熱要素３４は、おそらくは４０℃ほど高い温度差で過冷却液体水を加熱する必要がある。一定の温度差である質量の氷を加熱するために必要なエネルギーは、同じ温度差でそれと同じ質量の過冷却液体水を加熱するために必要なエネルギーより大きい。たとえば、氷の溶解熱は、最初の温度から、最初の温度より４０℃高い温度よりわずかに高い最後の温度まで、同じ質量の過冷却水を温めるために要求されることになるものより約２倍大きい。さらに、通常有害と見なされる大気の氷質量含有率は、水質量含有率より数倍上回る。参考までに、空気の１立方メーター当たり１から２グラムの水は、通常液体水含有率が高いと見なされ、一方、１立方メーター当たり５から８グラムの氷粒は、通常氷含有率が高いと見なされる。これは、過冷却液体水環境中で導管２６を氷結させずに動作させる状態に維持するエネルギー量に比べて、氷障害物を溶かすことは、はるかに多いエネルギーを要することになることを示す。導管２６の表面を制御下で加熱することによって、ＬＷＣ状態中で氷結しないように導管を維持し、ＩＷＣ濃度が一定の閾値より低いとき氷結しないように導管を維持することができる。しかし、設計されたように、導管２６は、閾値を超えた氷粒の一定の濃度に直面したとき、詰まることができる。航空機は、しばしば、実質的にＬＷＣだけに感受性がある氷検出器を装備している。これらの検出器の１つからの着氷速度情報は、別の方法で可能になるより低い検出閾値まで氷晶検出器の範囲を拡張することを望んだ場合、非常に高いＬＷＣ状態と比較的低いＩＷＣ状態を区別するために使用することができる。
【００２５】
図３は、氷検出システム４２の第２の実施形態の概略図である。この実施形態では、氷検出システム４２は、２つの導管４４および４６、２つのそれぞれの検知要素４８および５０、変換器５２、信号処理システム５４、および２つのそれぞれの加熱要素５６および５８を含む。導管４４、４６は、支柱６０および６２によってそれぞれ支持され、それらは、航空機に接続される。いくつかの実施形態では、導管４４、４６は、１個の支柱によって支持され、図１に示す実施形態と同様である。氷検出システム４２の構成要素は、図２に関して述べた対応する構成要素と機能が同様である。しかし、その中で氷蓄積を検出することができる１つの導管の代わりに、図３の氷検出システム４２は、２つの導管４４、４６を含む。また、加熱要素５６、５８は、異なる温度まで加熱することができる。この点において、導管４４、４６内に堆積した氷の補充速度および溶解速度は、温度差に基づき、すべての他の要因が同じであるとしても、一方の導管と他方の導管で異なる。
【００２６】
氷検出システム４２は、導管４４、４６の互いに対するパラメータの過渡的変化を検出することができる。たとえば、両方の導管がふさがれておらず、空気が導管中を自由に流れることができるとき、導管４４の内部の壁圧は、導管４６の壁圧とほぼ等しい。より低い温度まで加熱された導管が、空気流を制限する氷障害物を形成したとき、この導管の内部の圧力は、上昇する。詰まった導管とそうでない導管の圧力差は、第１の遷移として検出することができる。後の時点で、一方の導管中の障害物が溶かされて除去されるような他の遷移が起きることがある。最初詰まっていなかった導管が障害物を形成して両方の導管がふさがれることになったことによって、さらに他の遷移が示されることがある。後者の２つの場合、導管の内部の間の圧力差は、ほぼゼロに戻ることになる。信号処理システム５４は、２つの導管の圧力履歴を追跡することによって、または他のエアデータ情報を考慮することによって、どの事象が起きたかを決定するロジックを利用することができる。
【００２７】
信号処理システム５４は、必要に応じて、容易に測定することができる蓄積と溶解のサイクルを生成するように、各加熱要素５６、５８の温度を調節する、または維持することができる。異なる温度において各導管４４、４６のこれらのサイクルを比較することによって、信号処理システム５４は、航空機の他の構成要素またはシステムの動作を乱すほどに十分に深刻な氷濃度を検出することができる。信号処理システム５４は、各導管４４、４６がふさがれている期間を測定するために、または一方の導管が詰まった時から他方の導管が詰まった時までの時間差を測定するために、クロックまたはタイミング装置も含む。
【００２８】
一例では、導管４４は、第１の温度まで加熱され、導管４６は、第１の温度より高い第２の温度まで加熱される。第２の温度は、いくつかの実施形態では、導管４６がめったに、または決して詰まることがないほど十分高くすることができる。あるいは、第２の温度は、氷蓄積が導管４６中で起きる可能性があるものの、導管４４が詰まるより後で詰まるように、調節することができる。
【００２９】
本開示の信号処理システム３２、５４は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせで実現することができる。ソフトウェアで、またはファームウェアで実施されたとき、信号処理システム３２、５４の氷検出ソフトウェアプログラムは、メモリ中に格納し処理装置によって実行することができる。ハードウェアで実施されたとき、氷検出ソフトウェアプログラムは、たとえばディスクリートロジック回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）など、またはそれらのすべての組み合わせを使用して実現することができる。
【００３０】
本明細書に述べるように、実行可能な論理的インストラクションを含むプログラムまたはソフトウェアコードは、すべての適切な処理装置によって実行するために、すべての適切なコンピュータ可読媒体中に実装することができる。コンピュータ可読媒体は、適度な期間プログラムまたはソフトウェアコードを格納することができる任意の物理媒体を含むことができる。
【００３１】
図４Ａ〜４Ｃに、他の可能な実施形態の中から、異なる構造的な特徴を有した導管の３つの実施形態を示す。図２および３の実施形態に関して述べた導管は、これらの図に示したような構造を有することができ、あるいは氷粒の蓄積を促進する傾向があり得るすべての他の適切な構造を含むことができる。図４Ａ〜４Ｃの導管は、十分な強度、耐久性、および航空機において直面する温度変動に適切であることができる任意の材料または材料の組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、図４Ａ〜４Ｃの導管は、導管の後方部で渦流（ｅｄｄｙ  ｃｕｒｒｅｎｔｓ）の影響を減少させるために、導管の出口に追加の円筒形拡張部（図示せず）を含むことができる。
【００３２】
導管への前方入口の横断面面積は、Ａfによって定義することができ、導管からの後方出口の横断面面積は、Ａaによって定義することができる。たとえば、比Ａf：Ａaは、約２：１から約２０：１の範囲とすることができるが、導管は、比Ａf：Ａaがこの範囲外になるように形成することができる。また、導管は、すべての適切な長さＬおよびすべての適切なＬ：Ａf比を有することができる。導管の前方部および後方部における開口部の横断面形状だけでなく、導管の収束壁の横断面形状も、円形、楕円形、四角形またはすべての他の適切な形状とすることができる。前方部および後方部における導管のリムまたはエッジは、導管の縦軸に対して垂直である平面で形成することができる。しかし、他の実施形態では、エッジは、非平面状とすることができ、または平面状であるが、導管の縦軸に対して垂直でないようにすることができる。
【００３３】
図４Ａは、第１の実施形態の導管６４である。この実施形態では、導管６４は、前方部６６および後方部６８を含む。導管６４は、前方および後方に開口部を有した内部７０を有する。導管６４の壁７２は、前方部６６から後方部６８に向けて一定角度で収束する。この点で、導管６４は、頂部が切断された円錐または錐台の形を取ることができる。
【００３４】
図４Ｂに、第２の実施形態の導管７４を示す。この実施形態では、導管７４は、前方部７６および後方部７８を含む。導管７４は、前方および後方に開口部を有した内部８０を有する。導管７４の壁８２は、前方部７６から後方部７８に向けて非線形に収束して、導管７４はホーン状に形作られる。
【００３５】
図４Ｃに、第３の実施形態の導管８４を示す。この実施形態では、導管８４は、前方部８６および後方部８８を含む。導管８４は、前方および後方に開口部を有した内部９０を有する。導管８４の壁９２は、前方部８６から後方部８８に向けて非線形に収束して、導管８４は図示のように形作られ、それは、底のないボウルまたはつぼの形状になぞらえることができる。
【００３６】
図５に、導管と一体に形成された検知要素９４の第１の実施形態を示す。検知要素９４は、たとえば、図２および３の実施形態中に組み込むことができる。この実施形態では、検知要素９４は、図２および３に示す導管２６、４４または４６などの導管の壁部９６を含む。壁部９６は、たとえば図４Ａ〜４Ｃに規定されたような任意の形状を取ることができ、導管の内部９８および外部１００を画定する。検知要素９４は、チャネル１０４を有した管１０２も含み、それは、導管内の開口部またはタップ１０６において導管の内部９８に向けて開口する。管１０２は、任意の適切な取り付け構造または機構を使用して、導管に沿った任意の所望の位置で壁部９６に接続することができる。この実施形態では、導管の内部９８および管１０２のチャネル１０４内の壁圧は、変換器３０、５２と流体が連通状態になることができ、それによって内部９８の壁圧の検出を可能にする。
【００３７】
いくつかの実施形態では、図２に示す変換器３０は、タップ１０６（図５）を介して導管２６の内部内の壁圧と、基準圧と、を検知する差圧センサとすることができる。基準圧は、導管が、その中を流れる空気流を制限するその後方部で、氷が形成されていないときに予想される圧力を示す。変換器３０は、この点で、圧力差がある場合にはそれを検知し信号処理システム３２に差圧信号を印加する。
【００３８】
さらにタップ１０６を有した検知要素９４は、図３に示す検知要素４８および５０として使用することができる。この点で、変換器５２は、導管４４および４６の内部から壁圧を検知する差圧センサとすることができる。この実施形態では、基準導管と見なすことができる導管４６の加熱要素５８は、氷の蓄積が最小になるような程度まで導管４６を加熱する。したがって、検知要素５０は、詰まっていない導管について標準圧を検知する。導管４４が氷の堆積でふさがれたとき、この導管４４の内部の圧力が上昇する。次いで、変換器５２が検知した差圧を測定することができる。
【００３９】
図６は、検知要素１０８の第２の実施形態の図であり、それは、図２および３に示す検知要素２８、４８および／または５０の代わりに使用することができる。検知要素１０８は、その外部１００からその内部９８を隔離する導管の壁部９６を含む。検知要素１０８は、導管の内部９８にさらされるように壁部９６内に配置された圧力センサ１１０も含む。圧力センサ１１０は、任意の適切なサイズ、構造、または導管の内部９８中の壁圧を測定するための本技術分野で知られた圧力検知用の構成要素を含むことができる。
【００４０】
図７は、第３の実施形態による検知要素１１２の図であり、検知要素１１２は、図２および３に示す検知要素２８、４８および／または５０の代わりに使用することができる。検知要素１１２は、その外部１００からその内部９８を隔離する導管の壁部９６を含む。検知要素１１２は、導管の内部９８にさらされるように壁部９６内に配置された温度センサ１１４も含む。温度センサ１１４は、任意の適切なサイズ、構造、または導管の内部９８中の温度を測定するための本技術分野で知られた温度検知用の構成要素を含むことができる。
【００４１】
図８は、第４の実施形態による検知要素１１６を示す図である。図２および３に示す検知要素２８、４８および／または５０は、検知要素１１６に置き換えることができる。この実施形態では、検知要素１１６は、その外部１００からその内部９８を隔離する導管の反対側壁部９６を含む。検知要素１１６は、導管の内部９８を横切る光ビームを放射することができるように配置された、本技術分野で知られた光源１１８も含む。光ビームに応答するのは、光源１１８からの光ビームを検出することができる、本技術分野で知られた光受容デバイス１２０である。氷質量が光ビームをさえぎるような程度まで、氷が導管中に凝集したとき、光受容デバイス１２０は、光ビームを受け取ることができず、氷による妨害状態を示す信号を送ることができる。氷が、その程度まで蓄積していないとき、または氷がその後溶解されて妨害状態がなくなったとき、光受容デバイス１２０は、光ビームを再び検出して、障害がもう存在しないと判定することができる。
【００４２】
図９は、本発明の実施形態による氷粒を検出するためのプロセスを示すフローチャートである。フローチャートは、ブロック１２２に示す導管を加熱するステップを含む。ブロック１２４で、導管に供給される加熱パワーを必要なら調節して、たとえばＩＷＣの閾値より低く蓄積した氷を溶かす。パワーは、様々な空気特性を補償するために、あるいは氷蓄積状態をより明らかに規定するように導管の感度を調節するために、調節することもできる。この調節または「チューニング」によって、一定の状態になるまで、または、たとえばＩＷＣの一定の閾値が大気中に検出されるまで、氷が蓄積しないようになる。
【００４３】
ブロック１２６で、パラメータは、導管の内部容積内で測定することができる。これらのパラメータは、たとえば、圧力、温度、光の妨害、または氷蓄積状態を表すことができる他の様々なパラメータを含むことができる。判定ブロック１２８で、測定されたパラメータが選択された範囲内であるかどうかを決定することができる。選択範囲は、導管がふさがれていない、または氷が実質的に蓄積していなくてその中を空気が自由に流れることができる状態を示すことができる。ブロック１２８で、パラメータが選択範囲内にあると決定されたとき、プロセスフローは、ブロック１３０に向かい、そこで導管がふさがれていないと表示される。ブロック１３２で、タイマが前の動作で実際に起動されていた場合、このタイマが停止される。ブロック１３４で、タイマの起動からタイマの停止までの時間の長さが測定される。次いで、プロセスフローは、ブロック１２４に戻り、上記の閾値の氷が存在することを意味し得る、パラメータが選択範囲から出るまで、パラメータの測定を繰り返す。
【００４４】
ブロック１２８で、パラメータが選択範囲内にないと判定されると、プロセスフローは、ブロック１３６に向かう。ブロック１３６で、氷粒の蓄積が導管内に存在すると表示される。ブロック１３８で、タイマが実際に停止されていた場合、タイマが起動され、そのタイマの起動によって、導管がふさがれていた期間の開始時をマークする。次いで、ブロック１３８から、プロセスは、ブロック１２４へ戻ることができる。フローチャートは、氷検出動作を繰り返すために、このようにしてループを継続するように構成することができ、あるいは、所望であれば中止することもできる。さらに、全水分含有量（ＴＷＣ：ｔｏｔａｌ  ｗａｔｅｒ  ｃｏｎｔｅｎｔ）は、着氷状態検出器から決定されたＬＷＣに本明細書で決定されたＩＷＣを加算することによって、見積もることができる。
【００４５】
本明細書で述べたステップ、プロセスまたは動作は、ソフトウェアまたはファームウェアで実現することができるすべてのモジュールまたはコードシーケンスを表すことができると理解すべきである。この点に関し、これらのモジュールおよびコードシーケンスは、物理的構成要素の中に、具体的な論理的なステップ、プロセスまたは動作を実行するためのコマンドまたはインストラクションを含むことができる。当業者には理解されるように、本明細書に述べたステップ、プロセスおよび／または動作の１つまたは複数は、実質的に同時に実行することができ、または明確に述べられた順序とは異なる順序で実行することができることをさらに理解すべきである。
【００４６】
本明細書に述べた実施形態は、単に例示の実施形態を表すものであり、本開示を任意の具体的な例に必ずしも限定する意図はない。それどころか、当業者が理解されるように、様々な修正をこれらの実施形態に行うことができる。すべてのそのような修正は、本開示の精神および範囲に含まれ、添付の特許請求の範囲によって保護されると意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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