(57)【要約】【課題】着氷開始温度に近いOATについて氷を検出することができる航空機上に設置される検出アセンブリを製造することである。【解決手段】振動フィンガ（110）とマスト（120）を備える、航空機に設置するための氷検出アセンブリ（100）であって、前記振動フィンガ（110）は前記マスト（120）から空気の中に伸張し、その表面の氷付着物に敏感である共振周波数で振動手段により振動させることが可能であり、それが検出アセンブリ（100）の少なくとも一部を冷却できる冷却システムを備えることを特徴とする。【選択図】図８
2005145453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動フィンガ及びマストを含む、航空機の上に設置することを目的とした氷検出アセンブリであって、該振動フィンガが該マストから空気中に伸張し、その表面の氷付着物に敏感である共振周波数で振動手段により振動することが可能であり、検出アセンブリの少なくとも一部を冷却できる冷却システムを含む、氷検出アセンブリ。
【請求項２】
冷却システムが圧縮/膨張ヒートポンプシステムを含む、請求項1記載の氷検出アセンブリ。
【請求項３】
冷却システムがペルチェ効果システムを含む、請求項1記載の氷検出アセンブリ。
【請求項４】
フィンガが冷却システムの少なくとも一部を含む、請求項1記載の氷検出アセンブリ。
【請求項５】
フィンガが、フィンガの表面を局所的に冷却することができる冷却空気流を生じさせるように、少なくとも1つの交差流路によって連結される少なくとも2つの開口部を含み、このようにして該冷却システムを少なくとも部分的に形成する、請求項4記載の氷検出アセンブリ。
【請求項６】
マストの上に設置される可撓膜装置をさらに含み、振動膜がその表面の上の氷付着物に敏感な共振周波数で振動手段により振動することが可能であり、該冷却システムの少なくとも一部により冷却される、請求項1〜5のいずれか一項記載の氷検出アセンブリ。
【請求項７】
膜装置がマストの先行面、つまり空気流に向くマストの表面上に設置される、請求項1〜6のいずれか一項記載の氷検出アセンブリ。
【請求項８】
マストの先行面が斜角を付けられ、斜角の面が空気流の方向から決定される角度である、請求項1〜7のいずれか一項記載の氷検出アセンブリ。
【請求項９】
斜角が付けられた面が凹形である、請求項1〜8のいずれか一項記載の氷検出アセンブリ。
【請求項１０】
膜装置がマストの側面に、つまり空気流に向くマスト（120）の表面に関して側面方向の面に設置される、請求項6記載の氷検出アセンブリ。
【請求項１１】
フィンガの温度を測定できる温度センサを含む、請求項4記載の氷検出アセンブリ。
【請求項１２】
膜の温度を表す温度を測定できる温度センサを含む、請求項4記載の氷検出アセンブリ。
【請求項１３】
冷却システムを制御するための手段に連結される、周囲の空気の全温度または静温度を表す温度を測定できる少なくとも1台の温度センサを含む、請求項1、11または12記載の氷検出アセンブリ。
【請求項１４】
周囲の空気の全温度または静温度を表す温度を測定できる少なくとも1台の温度センサを含み、フィンガまたは膜のいずれかが処理の手段に氷検出データを供給するのかを決定するための手段に連結され、この決定が該少なくとも1台の温度センサにより供給される温度データに依存する、請求項6記載の氷検出アセンブリ。
【請求項１５】
少なくともセンサにより測定される温度が約-5℃未満である場合に、フィンガからのデータが処理手段に供給され、高温の場合には膜からのデータが処理手段に供給される、請求項1〜14のいずれか一項記載の氷検出アセンブリ。
【請求項１６】
除氷システムをさらに含む、請求項1〜15のいずれか一項記載の氷検出アセンブリ。
【請求項１７】
除氷システムの除氷及び冷却システムの冷却が同じ装置によって実行される、請求項1〜16のいずれか一項記載の氷検出アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行機などの航空機に設置され、前記航空機の表面における氷の付着を検出する氷検出アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
氷検出は、航空機を取り囲む空気中の氷の存在を示すために、通常、飛行中の航空機の操作で使用される。
【０００３】
氷は、翼またはエンジン吸気パーツの空気力学特性などの航空機のいくつかの部分の特性を劣化し、航空機の質量を増すことがあるため、氷の検出の信頼性と精度は非常に重要である。従って、これは航空機の離陸と操縦性の不利益をもたらす。
【０００４】
検出アセンブリは航空機を取り囲む空気流の中に浸漬けする貫入（intrusive）パーツを備え、氷の出現の第1の兆候を検出するために、通常、航空機の機首または翼などの特に厳しい着氷状態に供される航空機上の位置に設置される。
【０００５】
図1に図示されるように、既知の検出アセンブリ100は、
マスト120及び
周囲の空気の中に伸張するマスト120上に取り付けられる細長いフィンガ110とを備える。
【０００６】
前記フィンガ110は、固有振動数が氷付着物に敏感である磁歪素子または圧電素子により通常励起される発振ゲージ受感部を形成し、その結果、氷がフィンガ110の上に蓄積すると、フィンガ110の質量は変化し、振動数が、それが決定された検出閾値を越えるまで変化するようにする。それから氷検出信号がトリガされる。
【０００７】
任意で、この種の検出アセンブリ100は、新しい氷の検出を行うために、一時的にフィンガ110を除氷するように設計された加熱システムも含む。このようにして、検出アセンブリ110は、連続検出/除氷サイクルで使用される。
【０００８】
ジュール効果加熱システムが便利に使用される。
【０００９】
しかしながら、この種の検出アセンブリ100は着氷状態（0℃に近い周囲空気の静温度）あたりでの氷の検出にとって主要な不利な点を有している。実際に、航空機は、それが空気中を移動するにつれてその近い環境（局所的な圧力と速度）において空気力学分野の変形を生じさせる。検出アセンブリ100も、空気流の空気力学特性に対するこの変形を供する。従って、検出アセンブリ100の平衡温度は前記流れの全温度（速度の影響を含んだ温度）より低くなり、OAT（外気温度）と呼ばれることもある航空機が移動中の環境の静温度より高くなる。OATを上回るこの平衡温度の値は、航空機速度が加速するにつれて上昇する。
【００１０】
従って、このOATが着氷温度に等しい、あるいは着氷温度よりわずかに低いときには、従来の技術による検出アセンブリは、それがたとえ着氷状態に供されても氷を検出しないであろう。
【００１１】
従って、検出アセンブリ100の平衡温度を着氷温度近くにする航空機速度の減速により、受感部上に初期に検出できたであろうゲージ氷が出現するであろう。
【００１２】
当業者は、フィンガ110が傾きの適切に選ばれた角度と方向で傾けられると、フィンガ110の表面の一部での温度を削減できることを知っている。例えば、図3、特許文献１はこの種の傾斜型フィンガ110を示している。
【００１３】
しかしながら、このシステムは平衡温度の大きな削減を可能とせず、この結果として生じる温度削減の値に対する制御も可能としない。
【００１４】
特許文献２は、圧電変換素子131が固定され、電気励起を受けて共振周波数で膜132を振動できる、可撓膜132を備える図18に図示されている氷検出器130についての情報を提供しており、前記膜の共振周波数は膜の上での氷の付着により修正される剛性の関数として変化する。この氷検出器130は、ペルチェ効果冷却加熱システム135も備え、冷却及び加熱は膜の着氷/除氷サイクルの中で行われる。
【００１５】
このようにして氷検出器130のゲージ受感部はより低い平衡温度により特徴付けられる。
【００１６】
しかしながら、この氷検出器130は小さな検出領域を有するため、氷の検出は十分に信頼できない場合がある。
【００１７】
さらに、それは単一の検出面を露呈するだけであり、（前記フィンガ110が伸張するように）航空機からの距離が伸びるに従って三次元では伸張せず、得られる結果の質を低下させることがある。
【００１８】
最後に、ペルチェ効果の使用は、（約数ワットの）冷却力と同程度の除氷力を暗示している。ゲージ受感部の表面の高速除氷に必要な電力ははるかに大きい（数十ワット）。従って、ペルチェシステムは新しい検出を容易にするための高速除氷には適応していない。
【００１９】
【特許文献１】米国特許第4,333,004号明細書
【特許文献２】米国特許第4,570,881号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の第1の目的は、着氷開始温度に近いOATについて氷を検出することができる航空機上に設置される検出アセンブリを製造することである。
【００２１】
本発明の第2の目的は、この検出を正確に、確実に、且つ調整自在に実行することである。
【００２２】
本発明の第3の目的は、水滴の大きさに関係なくこの検出を達成することである。
【００２３】
本発明の第4の目的は、除氷がさらに迅速に行われるように検出アセンブリ上で連続着氷/除氷サイクルを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
従って、本発明の第1の局面は、振動フィンガとマストを備える航空機上に設置されることを目的とする氷検出アセンブリを提案し、前記振動フィンガは前記マストから空中に伸張し、その表面上の氷の付着物に敏感である振動手段により共振周波数で振動することが可能であり、検出アセンブリの少なくとも一部を冷却できる冷却システムを備える。
【００２５】
この種の氷検出アセンブリは、有利なことに、
- 冷却システムは圧縮/膨張ヒートポンプシステムを備え、
- 冷却システムはペルチェ効果システムを備え、
- フィンガは前記冷却システムの少なくとも一部を含み、
- フィンガはフィンガの表面を局所的に冷却する冷却空気流を生じさせるために、少なくとも1つの交差流路によって連結される少なくとも2つの開口部を含み、このようにして前記冷却システムを形成し、
- 検出アセンブリは、マストに設置される可撓膜装置も備え、振動する膜は、その表面上の氷付着物に敏感な共振周波数で振動手段により振動することが可能であり、前記冷却システムの少なくとも一部により冷却され、
- 膜はマストの先行する表面、つまり空気流に向くマストの表面上に位置し、
- マストの先行する表面は斜角が付けられ、前記斜角の表面は空気流の方向から決定される角度となり、
- 前記斜角が付けられた表面は凹形であり、
- 膜装置がマストの側面に、つまり空気流に向くマストの表面に関して側面方向表面に配置され、
- 検出アセンブリがフィンガの温度を測定できる温度センサも備え、
- 検出アセンブリが振動膜の温度を測定するように設計された温度センサも備え、
- 検出アセンブリが、冷却システムを制御するための手段に連結される、周囲の空気の温度の全温度または静温度を表す温度を測定できる少なくとも1つの温度センサを備え、
- 氷検出アセンブリが、フィンガまたは膜の内の1つが処理の手段に氷検出データを供給するのかを決定するための手段に連結され、周囲の空気の全温度または静温度を表す温度を測定できる少なくとも1つの温度センサも備え、この決定が少なくとも温度センサによって供給される温度データに依存し、
- 氷検出アセンブリが、フィンガの平衡温度及び/または適切な冷却システムを使用して周囲の空気の全温度または静温度に従属させられる、膜を表す温度を測定できる温度センサを備え、
- 少なくとも前記センサにより測定される温度が約-5℃未満であるときに、フィンガからのデータが処理手段に供給され、より高い温度の場合には膜からのデータが処理手段に供給され、
- 氷検出アセンブリが除氷システムも備え、
- 除氷機能と冷却機能が同じ装置により実行される
の特徴の1つまたは複数を含んでいる。
【００２６】
本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１）振動フィンガ及びマストを含む、航空機の上に設置することを目的とした氷検出アセンブリであって、該振動フィンガが該マストから空気中に伸張し、その表面の氷付着物に敏感である共振周波数で振動手段により振動することが可能であり、検出アセンブリの少なくとも一部を冷却できる冷却システムを含む、氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（２）冷却システムが圧縮/膨張ヒートポンプシステムを含む、上記(1)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（３）冷却システムがペルチェ効果システムを含む、上記(1)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（４）フィンガが冷却システムの少なくとも一部を含む、上記(1)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（５）フィンガが、フィンガの表面を局所的に冷却することができる冷却空気流を生じさせるように、少なくとも1つの交差流路によって連結される少なくとも2つの開口部を含み、このようにして該冷却システムを少なくとも部分的に形成する、上記(4)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（６）マストの上に設置される可撓膜装置をさらに含み、振動膜がその表面の上の氷付着物に敏感な共振周波数で振動手段により振動することが可能であり、該冷却システムの少なくとも一部により冷却される、上記(1)〜(5)のいずれか一項記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（７）膜装置がマストの先行面、つまり空気流に向くマストの表面上に設置される、上記(1)〜(6)のいずれか一項記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（８）マストの先行面が斜角を付けられ、斜角の面が空気流の方向から決定される角度である、上記(1)〜(7)のいずれか一項記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（９）斜角が付けられた面が凹形である、上記(1)〜(8)のいずれか一項記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３５】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１０）膜装置がマストの側面に、つまり空気流に向くマスト（120）の表面に関して側面方向の面に設置される、上記(6)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３６】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１１）フィンガの温度を測定できる温度センサを含む、上記(4)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１２）膜の温度を表す温度を測定できる温度センサを含む、上記(4)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１３）冷却システムを制御するための手段に連結される、周囲の空気の全温度または静温度を表す温度を測定できる少なくとも1台の温度センサを含む、上記(1)、(11)または(12)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１４）周囲の空気の全温度または静温度を表す温度を測定できる少なくとも1台の温度センサを含み、フィンガまたは膜のいずれかが処理の手段に氷検出データを供給するのかを決定するための手段に連結され、この決定が該少なくとも1台の温度センサにより供給される温度データに依存する、上記(6)記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００４０】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１５）少なくともセンサにより測定される温度が約-5℃未満である場合に、フィンガからのデータが処理手段に供給され、高温の場合には膜からのデータが処理手段に供給される、上記(1)〜(14)のいずれか一項記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１６）除氷システムをさらに含む、上記(1)〜(15)のいずれか一項記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００４２】
また、本発明に係る氷検出アセンブリにおいては、（１７）除氷システムの除氷及び冷却システムの冷却が同じ装置によって実行される、上記(1)〜(16)のいずれか一項記載の氷検出アセンブリであることを特徴とする。
【００４３】
本発明の他の特性及び利点は、純粋に例証的であり、制限的ではない以下の説明から明らかになると思われ、添付図面に関して読まれる必要がある。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によって、振動フィンガとマストを備える航空機上に設置されることを目的とする氷検出アセンブリが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図1に示されているように、本発明に係る氷検出アセンブリ100は、
マスト120と、
細長いフィンガ110であって、それが結合される前記マスト120から周囲の空気中に、通常は空気流に対して横断方向で伸張するフィンガと、
前記検出アセンブリの少なくとも一部を冷却するためのシステム（図1には図示しない）と、
を備える。
【００４６】
マスト120は、対称的な翼外形の形状、あるいは長円の形状をしてよい。
【００４７】
取り付けフランジ140は、通常検出アセンブリ100を定位置に保持するために設けられ、航空機の外側の取り付け面の上に固定される。
【００４８】
ボックス（図示しない）はフランジ140に固定され、検出アセンブリ100の動作に必要な電気接続及び回路を収納するため、及び保護するために取り付け面を通して航空機の中に内向きに伸張する。特に、このボックスは、測定を行うため、エネルギーを供給するため、電磁遮蔽のため、接続を行う等のための検出アセンブリ100内の検出器（複数の場合がある）の周波数励起を提供し、制御するために使用されるさまざまな電気装置、電子カード及び構成要素を備える。
【００４９】
この種の氷検出アセンブリ100は、浸漬空気流内での氷の存在を信号で知らせる。
【００５０】
すでに説明したように、検出原理はフィンガ110である機械的な発振器に基づいている。
【００５１】
電気励起により生じるフィンガ110の共振周波数は、空気流速度、粒子（砂、粉塵等）、雨、及び汚染物（炭化水素等）に敏感にならないように選ばれる。この振動数は、その表面上の氷の存在を信号で知らせるほど十分なエネルギーを有する一方で、それが航空機の振動スペクトルに敏感にならないように約20kHzより大きくなるように選ばれる。
【００５２】
フィンガ110の振動数は以下の関係に従ってフィンガ110の表面に蓄積される氷の質量に依存しており、
2005145453.tif 000003
氷の質量は、ゲージ受感部の捕捉率及びそれ自体特に水滴の速度及び航空機の幾何学形状に依存している空気流の中の局所的なLWC（含水率）に依存している。
【００５３】
従って、フィンガ110の振動数の削減は、それが決定された臨界閾値以下に減少すると氷の検出を信号で知らせる。
【００５４】
フィンガ110は、氷捕捉効率を高め、航空機の動きに関係する空気力学的な外乱をより受けにくい領域内で測定を実行するために周囲の空気中で十分に遠くまで伸張しなければならない。
【００５５】
第1に、それは十分に長くなくてはならない。
【００５６】
通常、流れにさらされるフィンガ110は約45ミリメートル〜約65ミリメートルの間で測定する。
【００５７】
従って、マスト120からのその伸張はほぼ垂直となると思われる。
【００５８】
しかしながら、1つの特定の、および好ましいこともあるケースでは、フィンガ110は、所与の角度で、空気流の方向に依存する方向で伸張する。
【００５９】
例えば、この角度は空気流の下流方向から0°〜約40°の間であってよい。
【００６０】
フィンガ110のこの傾きの主要な目的は、
フィンガの壁の温度を削減し、従って着氷温度あたりでの氷の検出を改善するために、および
氷がフィンガ110の表面上で摺動できるようにすることにより（検出アセンブリ100が除氷システムを備えている場合には）除氷する間に氷の排除を容易にするために、
フィンガ110の表面上で不足圧力（under pressure）領域と過圧力領域を生じさせることである。
【００６１】
さらに、フィンガ110は平行6面体または任意の他の形状であってよく、断面はマスト140高さでの大きな断面からその端部での小さな断面に変化する。
【００６２】
円錐、またはそれぞれが過去の円柱より小さな基部を有する円柱の重ね合わせなどの可変断面のある形状は、欧州特許第03290582.0号（本願参考文献）に推奨されるように、フィンガ110の表面全体で氷の検出を一様にするために、平行6面体より好まれてよい。
【００６３】
前述した（空気中でのその高速移動により生じる航空機の周辺での空気力学分野における変形のための）航空機を周囲の空気の特性の変形は温度、及び水滴の大きさに応じて変化する、航空機の表面からの距離の関数としての水滴の濃度断面にも影響を及ぼす。例えば、場所によっては、（例えば約20μmの直径の）小さな水滴よりも、航空機表面に近い（例えば約50μmの直径のある）さらに大きな水滴があり、この傾向は表面からの距離が増すに従って逆になる。この水滴の大きさにおける一様性の欠如が発生する距離は、数センチメートルまで変化する場合がある。
【００６４】
従って、欧州特許第0329052.0号（本願参考文献）は、水滴の均一な検出を最適化するために、濃度及び航空機の周辺部の回りの異なる空気流の中に存在する水滴の大きさの不等質性を補償するために、円錐形のフィンガ110を使用することを推奨する。
【００６５】
有利なことに、フィンガ110は、氷の付着物に敏感であるその機械的な共振周波数を含む周波数範囲で電圧制御式圧電セラミックにより機械的に励起される。
【００６６】
第2の圧電セラミックはフィンガ110の共振周波数に依存する電圧を生じさせ、この電気的な情報は検出情報を形成する。
【００６７】
ある態様においては、使用される共振周波数は20kHz〜30kHzの間であってよい。
【００６８】
氷付着物はフィンガ110の固有周波数の低下を引き起こす。実際に、氷付着物はフィンガ質量の増加を伴なう。
【００６９】
検出アセンブリ100には、（0℃近くの）着氷温度に近いOATの場合にその氷検出能力を改善するために、そのパーツの内の少なくとも1つを冷却するためのシステムが備えられている。
【００７０】
本発明に係る第1の氷検出アセンブリ
本発明に係る第1の構成においては、検出アセンブリ100を冷却するためのシステムはフィンガ110の外面の下に配置される。従って、水滴がある場合には、氷が航空機の最も敏感なパーツ上に出現するとき、氷の付着がフィンガ110の表面上で引き起こされるように、その温度Tfingerは検出アセンブリ100の回りを流れる気温Tairより低くなる。
【００７１】
この冷却手段は次に氷検出を加速する。
【００７２】
従ってフィンガ110用の冷却システムは、異なる性質であってよい。
【００７３】
非制限的に、それは、
（1）ペルチェ効果の概念と、
（2）フィンガ110の壁を循環する冷却流体の概念と、
（3）フィンガ壁の中を循環する圧縮され、膨張したガスを使用するヒートポンプの原理
に基づいてよい。
【００７４】
項目（2）に関して、及び図3から図7に図示されるように、冷却流体は、外部からの少なくとも1つの空気入口開口部117と、外部に向かった少なくとも1つの空気出口開口部118と、1つまたは複数の空気入口開口部と1つまたは複数の空気出口開口部119の間の少なくとも1つの空気循環流路116を備えるフィンガ110の内部の流体循環アセンブリ内で循環できる。
【００７５】
方向300に沿って向けられる空気流は（最初に潜在的な氷の付着を受ける「前縁」とも呼ばれるその壁112で）フィンガ110に到達し、フィンガ120を周回する。内部流路の入口117と出口119の間の圧力差のため、空気の一部は循環流路116を通過するために入口開口部117に入り、1つまたは複数の出口開口部119を通って出る。
【００７６】
フィンガの前縁の温度より低い局所的な静音での入口空気はフィンガ110内で循環し、その結果それを冷却する。
【００７７】
この現象は、（周囲の空気の静温度、つまり外気温度より大きい）周囲の空気（Tair）の全温を回復するフィンガ110容量の削減により説明できる。
【００７８】
このようにして、空気流に浸漬しているフィンガ110の（または一般的に本体の）壁温度Tpは以下の関係を満たす。
OAT≦Tp≦Ttair
【００７９】
全気温Ttairを回復するためのフィンガ110の容量は、以下の式により定められるその回復係数βによって測定され、
2005145453.tif 000004
式中、Mは航空機のマッハ数であり、
OATは、航空機が移動している媒体の静温度であり、
γは空気の場合1.4に等しい。
【００８０】
従って、係数βがOATとMの固定値で減少する（βは0〜1の間）と、フィンガ110の壁温度Tpは減じる。
【００８１】
フィンガ110の表面上に開口部117と119が存在することで、空気流Tpにさらされる表面温度の削減を引き起こすその回復率βが削減される。
【００８２】
フィンガ110の表面温度Tpは、その結果OATにさらに近くなる。
【００８３】
Tpはこのようにして流れ速度に応じてTtairより数度低い場合がある。
【００８４】
これらの入口開口部117と出口開口部119は、空気前縁112（図6と図7を参照すること）の表面に沿ったフィンガ110の表面に沿ったどこかに位置してよく、前記位置に氷が付着する。
【００８５】
図3から図5に図示されているフィンガ110の入口開口部117は、空気流300の流れに沿った弦の中間点にある。
【００８６】
フィンガ110の外形に応じて、これらの入口開口部117のフィンガ110の外形上での位置は、特に水滴がフィンガ110の内部に入り込むのを妨げるために回復率βを最小限に抑えるために選ばれてよい。
【００８７】
空気入口開口部117は、それらが位置するフィンガ110の側面に従って、同じ高さであるいは偏位した高さでフィンガ110の表面に適合されてよい。特に、それらはフィンガ110の主軸に沿って長手方向で設置されてよい。それらは、特にフィンガ110内での空気流を均一にするために、この軸の回りで対称であってよい。
【００８８】
図3に図示されているように、フィンガ110はそれぞれがほぼ円形の複数の小さな空気入口開口部117を有する。
【００８９】
図4に図示されているように、フィンガ110は大きく、溝の形状をしている側面に1つの空気入口開口部117を有する。
【００９０】
しかしながら、1つまたは複数の空気入口開口部117または1つまたは複数の空気出口開口部119は、任意の他の形状（正方形、三角形、矩形、楕円形等）、及び任意の他の大きさであってよい。
【００９１】
1つまたは複数の空気出口開口部119は、図3から図5に図示されているように、フィンガ110の端部に設置されてよい。
【００９２】
開口部117と119の寸法は、フィンガ110の内側に十分な流れを達成するように選ばれている。フィンガ110では、空気は、主にこのレベルでの高い流速が原因のフィンガ110の上端部での負圧効果のために（マスト120の端部にある）下部から上部（フィンガ110の端部119）に流れる。
【００９３】
空気循環流路116は、1つまたは複数の入口開口部117を1つまたは複数の出口開口部119に連結するために任意の形状であってよい。
【００９４】
例えば、図5に図示されるように、それは円筒形、またはフィンガ110の軸に沿って長手方向に伸張する円錐台の形状であってよい。
【００９５】
それは、フィンガ110の外壁114とフィンガ110の軸の回りに伸張するフィンガ110の内部の第2の体積111の間の空間から構成されてもよい。
【００９６】
例えば、円柱または円錐台の形状を有する図5、図6及び図7に図示される体積のように、この第2の体積111は、フィンガ110の軸に沿って伸張してよい。
【００９７】
本発明の1つのオプションの且つ有利な構成においては、この実体積111が除氷システムを備える。
【００９８】
従って、前記流路116を通るフィンガ内の空気流を可能にするために、この加熱システム111がフィンガ110の内面114と接触しないことが望ましい。
【００９９】
さらに一般的には、フィンガ110はジュール効果による氷の付着を排除するために、好ましくは例えば鋼管により遮蔽される加熱システムを備えてよい。
【０１００】
加熱システムは、空気検出閾値がフィンガ110周波数を超えるとすぐにトリガされてよい。
【０１０１】
ある特定の構成において、及び図7に図示されるように、フィンガ110の前縁112の内面は歯状の外形113を有する。
【０１０２】
従って、フィンガ110の表面温度Tpはその平衡温度よりなおさらに低い。
【０１０３】
前縁112の内面の歯状の外形113は、空気とフィンガ110の間の熱交換領域を拡大させるため、外部空気流300にさらされる壁の温度は、内部の流れと壁の歯113により生じる壁112を通した伝熱のために削減される。
【０１０４】
歯113の寸法及び形状は、フィンガ110内の交換領域と流路116のサイズの間の最適化された歩み寄りを達成するために適応される。
【０１０５】
任意で、流路116は（例えば、空気流に対する初期流路116の部分へのアクセスを閉鎖する壁118を設置することにより）狭められた区間を有し、このようにして流れにさらされる部分の内壁の換気を強制し、空気速度を加速する。このようにして、壁と空気の間の熱交換係数を増加できる。
【０１０６】
フィンガ110を冷却するために選ばれる概念に応じて、冷却システムは、検出閾値に達すると、フィンガ110を除氷するように反転できてよい。従って、それは0℃を超える温度でフィンガの壁を加熱し、フィンガ110の周波数が通常動作中に、すなわち氷付着なしにその値に戻ることができるように氷を排除する。
【０１０７】
特に、加熱がシステムへの直流電源の方向を逆転することにより達成される一方で、これは冷却のためのペルチェ効果装置を使用することによって達成できる。
【０１０８】
別のケースでは、加熱システムは冷却システムと別個であってよい。
【０１０９】
例えば、図5は、曝気開口部117と流路116により形成される冷却システムが中央加熱システムとは別個であることを示している。
【０１１０】
フィンガ110内の調整可能な冷却システム（例えばペルチェ効果システム）は氷検出について複数の優位点を有してよい。
・フィンガ110の温度及び（例えばマスト120上で測定する）全流れ温度を表す温度を使用するフィードバックのおかげで、フィンガ110はマスト120の壁の温度以下に冷却することができ、常に同じ温度間隙を保ち、例えばフィンガ110はマスト120より4℃冷たくなる。
【０１１１】
特に、マスト120とフィンガ110の温度は、これらの2つの要素のそれぞれの壁の上または壁の中に置かれる温度プローブにより、回復誤差の範囲内で測定されてよい。
・この冷却システムは、主にマッハ情報及び流れ全温度に基づいて、コンピュータを使用して取得される周囲の空気、つまり外気温度の静温度にフィンガ110の前縁の温度を調整できる。
・冷却システムは0℃をわずかに下回る一定温度で、あるいは0℃で固定されるフィンガ110の温度を安定化できる。この種のシステムは、「ラドラム効果（Ludlam effect）」［「ラドラム効果」とは、OATが0℃に近い環境で航空機が移動しているときに発生する現象であり、空気力学的分野の外乱のため、航空機のいくつかの部分での表面温度は臨界着氷温度より低い。その後、氷の付着はこれらのパーツで発生することがある］を検出するというニーズに解決策を提供できる。
【０１１２】
これらの多様な機能の目的は、（0℃付近の）着氷温度に近いOATのために氷検出能力を高めることである。
【０１１３】
これらの冷却機能は、氷検出アセンブリ100の前記ボックス内に設置される電子部品によって制御できる。
【０１１４】
本発明に係る第2の氷検出アセンブリ100
図8に図示されるように、検出アセンブリ100は、電気励起から膜を機械的に振動できる振動膜装置130も備える。
【０１１５】
振動膜装置130は好ましくは円形である。
【０１１６】
振動膜装置130は、図9に図示されるようにマスト120の壁と同一平面上にあるか、あるいは図10に図示されるように壁からわずかに突出している。
【０１１７】
この振動膜装置130は、それが配置される壁の形状に適合される。
【０１１８】
フィンガ110及び振動膜装置130の膜は、氷付着物に敏感なそれらのそれぞれの機械的な共振周波数を含む周波数範囲で電圧制御式の圧電セラミックにより機械的に励起される。
【０１１９】
第2の圧電セラミックは、フィンガ110の共振周波数に依存する電圧を生成し、この電気情報は検出情報である。
【０１２０】
フィンガ110の場合、使用される共振周波数は有利なことに約20kHz〜約30kHzの間である。
【０１２１】
膜装置130内の膜の場合、有利なことに共振周波数は約1kHz〜約50kHzの間である。
【０１２２】
すでに説明されたように、氷付着物はフィンガ110の固有周波数を削減し、固有周波数は粉塵、水、油等に敏感ではないために選ばれる。
【０１２３】
氷付着物は、膜の剛性kが、この付着物によりその質量mよりも多く増加されるために膜の共振周波数を高める（前記式（1）も膜にとって有効である）。
【０１２４】
フィンガ110とは異なり、水、粉塵または油などの物質の付着は、質量mが増加するため膜の振動周波数の低下を引き起こす。従って、膜上の他の物質から氷の付着物を区別することが可能である。
【０１２５】
ゲージ受感部とマスト120の除氷は、有利なことに「氷」信号がトリガされるときに氷が検出されるとトリガされる。
【０１２６】
除氷は、同時に伝導により振動する膜を除氷するマスト120の壁の中に差し込まれる加熱カートリッジを使用してマスト120内で実行されてよい。
【０１２７】
いったん氷が排除されると、除氷は停止され、新しい検出が所与の時間の後に開始できる。
【０１２８】
図示するために、及び第1のグラフが2つの連続する除氷動作の間での膜の振動数の時間に伴なう変動を表す図1に示されているように、除氷後、氷が、それが（冷却するため、及び氷が再び形成するために除氷システムが要する時間に相当する）時間t0で検出閾値を超えるまで徐々に蓄積することが分かる。
【０１２９】
図11の第3のグラフに示されているように、次に膜130の除氷が開始され、氷の量が、膜130の周波数が（時間t1での）検出閾値を越えるほどであるときに停止される。有利なことに、除氷はt1の後、t1＋△t（このケースでは△tは2秒に等しい）に等しいときに停止し、この△tの正当化が十分に除氷されたフィンガ110を保証することによってシステムの保護となる。
【０１３０】
図11の第2のグラフに示されているように、「氷検出済み」信号が時間t0で送信される（その特徴的な信号は、乗務員に知らせるために航空機コックピットに、及び/または管理手段に送信される）。氷検出信号の期間は一定である。本明細書に説明されるケースでは、それは、周波数閾値が超えられるときから始まる60秒に等しい。膜装置130は複数の場所にあってよい。
【０１３１】
図12に示されているように、膜装置130はこのようにして空気流によってマスト120の前縁上に、言い換えると空気入口300（その位置は黒の二重矢印に沿って移動されてよい）に向いて配置されてよい。膜はこのようにして空気流及び氷粒子に直接的にさらされる。この位置は、次に最大捕捉率、従って改善された検出時間を提供することができる。
【０１３２】
図13に図示されるように、膜装置130は、マスト120の側面の一方に、言い換えると空気流に向かう面に隣接する面に配置されてもよい。この位置により、回復現象のための全流れ温度での膜の温度を引き下げることが可能になる。これは、回復のために、NACA型外形に対して外形の最低壁温度が得られる位置である。従って0℃に近いOATの場合は、マスト120の側面に設置される膜が、冷却されていない振動フィンガ110上での付着の前に外形に沿った水の流出液から生じる氷を蓄積することにより氷の検出を可能にする。
【０１３３】
従って、膜の検出能力は約0℃での冷却されていない振動フィンガ110の検出能力より優れている。
【０１３４】
図14と図15に図示されているように、直接風にさらされるマスト120の表面は、着氷状態の種類が空気先行面からの選ばれた斜角の関数として求められる表面で膜装置130を受け入れるために斜角を付けられてよい。
【０１３５】
変形として、この斜角を付けられた表面は、図16に図示されるように溝を形成する凹形であってもよい。
【０１３６】
その結果、これらの斜角を付けられた平面または凹面上に設置される膜は、不活性すぎて、逸脱し、フィンガ110に向かって移動できない大きな氷溶滴の付着物（MVD＞100μm）に敏感である。従って、大きな溶滴がある場合には、膜はフィンガ110より氷を速く検出するであろう。
【０１３７】
図17に図示されるように、膜装置130は、フィンガ110の底部にあるマスト120に位置している。
【０１３８】
図18及び図19は、本発明の目的のために使用できる膜装置130の例を示している。
【０１３９】
この装置は、米国特許第4,570,881号に開示される装置に類似しており、圧電セル131が内面に固定される可撓膜132を備える。（戻りがケーブル136aを通る、通電ケーブル136bによって）圧電セル131に交流電圧を印加すると、圧電セル振動が開始し、振動は次に膜132に伝達される。膜132は絶縁リング134上で伸張する金属性のプレート133の上に吊るされる。絶縁リング134の内面はヒートシンク136により閉じられる。熱でヒートシンク136と金属プレート133に連結されるペルチェ要素135は、絶縁リング134の内側に配列される。膜132は金属プレート133にも熱で結合される。ペルチェ要素135は（ケーブル137aと137bを通して）直流電源に連結される。
【０１４０】
膜132の下に設置されるペルチェ型システム135は、電源電流の方向を反転することで周囲空気温度または基準温度の下または上で膜132を冷却または加熱する。
【０１４１】
この検出アセンブリ100は、膜の温度を表す温度を測定する膜装置130に対してすぐ脇に設置される温度プローブと、周囲空気の全温度または静温度を表す温度を測定し、基準として使用できるマスト120の壁上に設置される温度プローブを含んでよい。
【０１４２】
前記2つのプローブとペルチェシステムの1つの考えられる用途は、システムを従属させることによる、周囲空気以下の温度または基準温度（例えば2℃未満）への膜の温度の調整である。
【０１４３】
別の考えられる用途は0℃未満の一定温度への膜温度の調整であり、このようにして前述した「ラドラム効果」の検出を可能にする可能性がある。
【０１４４】
周囲空気温度の測定が、フィンガ110または膜132の使用が検出範囲にとってより魅力的である温度範囲を導入するのに役立つ場合もある。
【０１４５】
従って、例えば、冷却された膜132を使用することは、それが0℃に近いこれらの温度での氷付着物により敏感であるため、例えば-5℃を超える全温度でさらに賢明である可能性がある。このケースでは「氷検出」の情報はフィンガ110よりむしろ膜132から発することができるであろう。
【０１４６】
他方、-5℃未満の全温度の場合、特にフィンガ110を使用すると「氷検出」情報の応答時間及び測定値の信頼性が改善されるであろう。その結果フィンガ110は氷検出に使用されるであろう。
【０１４７】
結果的に、それぞれ2台の検出器（即ち、フィンガ110または膜132）から発生する2種類の情報のどちらの1つが処理手段により優先的に処理されるのかを、2台の温度センサから受信されるデータに応じて決定するためにボックス内に制御システムが設けられるであろう。
【０１４８】
このようにして2台の氷検出器のどちらか一方を使用できる。
【０１４９】
本発明に係る第3の検出アセンブリ100
この検出アセンブリは、2つの前述した検出アセンブリを組み合わせたものである。すなわち、それは第1の氷検出アセンブリで記述された冷却式フィンガ110と、第2の氷検出アセンブリで記述された冷却式振動膜装置130を備える。
【０１５０】
有利なことに、フィンガ110及び膜装置130はそれぞれ前述したような除氷システムを備える。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】氷検出アセンブリの斜視図を示す。
【図２】第1の型の冷却システムを備える、本発明に係る第1の検出アセンブリの側面断面線図を示す。
【図３】第2の型の冷却システムを備える、本発明に係る第1の検出アセンブリの側面断面線図を示す。
【図４】第2の型の冷却システムを備える、本発明に係る第1の検出アセンブリの側面断面線図を示す。
【図５】図3に示される第1の検出アセンブリの長手方向断面図を示す。
【図６】本発明に係る第1の検出アセンブリの断面線図を示し、前記断面図は、その一部を形成する、第2の冷却システムを備える振動フィンガを通して取られている。
【図７】本発明に係る第1の検出アセンブリの断面線図を示し、前記断面図は、その一部を形成する、第2の冷却システムの変形を備える振動フィンガを通して取られている。
【図８】振動膜を備える、本発明に係る第2の氷検出アセンブリの斜視図を示す。
【図９】図8に図示されている第2の検出アセンブリの第1の構成の詳細な断面図を示し、前記断面は膜を通して取られている。
【図１０】図8に図示されている検出アセンブリの第2の構成の詳細な断面図を示し、前記断面は膜を通して取られている。
【図１１】氷の付着の間の振動膜の動作を表し、振動数、加熱信号及び検出信号の時間の変動を示す3つのグラフを示す。
【図１２】本発明に係る振動膜を備える検出アセンブリの構成の斜視図を示す。
【図１３】本発明に係る振動膜を備える検出アセンブリの構成の斜視図を示す。
【図１４】本発明に係る振動膜を備える検出アセンブリの構成の斜視図を示す。
【図１５】本発明に係る振動膜を備える検出アセンブリの構成の斜視図を示す。
【図１６】本発明に係る振動膜を備える検出アセンブリの構成の斜視図を示す。
【図１７】本発明に係る振動膜を備える検出アセンブリの構成の斜視図を示す。
【図１８】ペルチェシステムを備える振動膜氷検出器の断面図を示す。
【図１９】膜側から見られる図18に図示されている振動膜氷検出器を示す。
【符号の説明】
【０１５２】
１００  氷検出アセンブリ、１１０  フィンガ、１１１  第2の体積／実体積／加熱システム、１１２  壁／前縁、１１３  歯状の外形／歯、１１４  外壁／内面、１１６  空気循環流路、１１７  空気入口開口部、１１８  空気出口開口部／壁、１１９  空気出口開口部、１２０  マスト、１３０  氷検出器／振動膜装置／膜、１３１  圧電変換素子／圧電セル、１３２  可撓膜、１３３  金属プレート、１３４  絶縁リング、１３５  ペルチェ効果冷却加熱システム／ペルチェ要素、１３６ａ  ケーブル、１３６ｂ  ケーブル、１３６  ヒートシンク、１３７ａ  ケーブル、１３７ｂ  ケーブル、１４０  フランジ／マスト、３００  空気流／空気入口。
【図１】
2005145453.tif 000005
【図２】
2005145453.tif 000006
【図３】
2005145453.tif 000007
【図４】
2005145453.tif 000008
【図５】
2005145453.tif 000009
【図６】
2005145453.tif 000010
【図７】
2005145453.tif 000011
【図８】
2005145453.tif 000012
【図９】
2005145453.tif 000013
【図１０】
2005145453.tif 000014
【図１１】
2005145453.tif 000015
【図１２】
2005145453.tif 000016
【図１３】
2005145453.tif 000017
【図１４】
2005145453.tif 000018
【図１５】
2005145453.tif 000019
【図１６】
2005145453.tif 000020
【図１７】
2005145453.tif 000021
【図１８】
2005145453.tif 000022
【図１９】
2005145453.tif 000023