(57)【要約】本発明は、航空機表面に過冷却された大きな滴（「ＳＬＤ」）の着氷を形成する可能性がある水滴の存在を検出するように特に適合された氷検出器（５）に関する。本発明は、氷検出器（５）に隣接する境界層の流れパターン及び水滴に与える影響を利用し、ＳＬＤ着氷状態が存在するときにそれを示す信号を提供する。検出器（５）は、通常の雲着氷を引き起こす水滴の存在と、ＳＬＤ着氷を引き起こす水滴の存在とを識別することもできる。
2004534948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ方向を有する過冷却水滴を含む環境で使用されるための、且つ、第１の着氷状態を示す第１の水滴の集団の存在と前記第１の状態とは異なる第２の着氷状態を示す第２の水滴の集団の存在とを識別するための、氷検出器であって、
（ａ）その上に氷が形成されるのを示す信号を提供するためのセンサと、
（ｂ）ハウジングであって、前記センサを支持し、且つ、前記第１の滴の集団は前記センサにぶつかりやすくしてその上に氷を形成しやすくし、前記第２の滴の集団は前記センサにぶつかりにくくしてその上に氷を形成しにくくするように、前記ハウジングを通り過ぎて流れる水滴の流れ方向を修正するための手段を含むハウジングと、
を具備する氷検出器。
【請求項２】
前記流れ方向を修正するための手段は、前記第２の滴が前記センサにぶつかりにくくしてその上に氷を形成しにくくするように第２の滴の集団を偏向させるための手段を含み、前記第１の滴はそのようには偏向せずに、前記センサにぶつかりやすくしてその上に氷を形成しやすくする、請求項１記載の氷検出器。
【請求項３】
前記流れ方向を修正するための手段は、前記センサに隣接する空気の境界層を修正するための手段を含む請求項１または２に記載の氷検出器。
【請求項４】
前記ハウジングは、前縁から後縁へ下流方向に延在し、前記センサは、前記前縁と前記後縁との間に位置し、前記流れ方向を修正するための前記手段は前記前縁の下流且つ前記センサの上流に位置する、請求項１から３のいずれか１項に記載の氷検出器。
【請求項５】
前記流れ方向を修正するための手段は、前記ハウジング中に延びる流体通路を含み、前記通路は入口端と出口端とを有し、前記出口端は前記前縁の下流且つ前記センサの上流に位置する、請求項４記載の氷検出器。
【請求項６】
前記ハウジングは、前縁から後縁へ延在し、先端表面を有しそれを通って前記センサが突出し、前記流れ方向を修正するための手段は、前記先端表面上に延在する一対の間隔をおいたレールを含み、前記センサは前記レールの間に位置する、請求項１記載の氷検出器。
【請求項７】
流れ方向を有する過冷却水滴を含む環境で使用されるための、且つ、第１の着氷状態を示す第１の滴の集団の存在と前記第１の状態とは異なる第２の着氷状態を示す第２の滴の集団の存在とを識別するための、氷検出器であって、
（ａ）その上に氷が形成されるのを示す信号を提供するためのセンサと、
（ｂ）前記センサを支持するためのハウジングであって、前記ハウジングは、前縁から後縁へと延びており、先端表面を有し、前記センサは、前記縁の間に位置し前記先端表面を通って突出しており、流体通路が前記ハウジング中に延在し、前記ハウジング前縁に入口断面積を画成する入口端を有し、前記ハウジング先端表面に出口断面積を画成する出口端を有し、前記出口端は前記前縁の下流且つ前記センサの上流に位置し、前記入口断面積は前記出口断面積よりも大きく、前記ハウジングは、前記センサが前記先端表面上に突出する距離よりも長い距離を前記先端表面上に突出する一対の間隔をおいたレールを含み、前記センサは前記レールの間に位置する氷検出器。
【請求項８】
前記ハウジング前縁の温度を凍結温度以上に上げるためのヒータをさらに含む、請求項７記載の氷検出器。
【請求項９】
前記ハウジング先端表面は、前記前縁から前記後縁に向って上向きに傾斜し、キャップが前記レールの間を前記前縁から前記後縁まで延在する、請求項７または８に記載の氷検出器。
【請求項１０】
センサと前記センサを支持するハウジングとを具備する氷検出器であって、前記ハウジングは、基部と、先端表面を有する先端と、前記基部から前記先端へ延びる前縁及び後縁と、を具備し、前記センサは前記前縁と前記後縁との間で前記先端表面を通って突出し、前記ハウジングは前記前縁の入口端から前記先端表面中の出口端へ延びる流体通路を含み、前記通路出口端は前記前縁の下流且つ前記センサの上流にあり、前記ハウジングはさらに、前記先端表面上であって前記センサより上に突出する一対の間隔をおいたレールを含み、前記センサ及び前記出口端は前記レールの間にある氷検出器。
【請求項１１】
前記レールは、前記センサが前記表面上に突出する距離よりも長い距離を前記先端表面上に突出する、請求項１０記載の氷検出器。
【請求項１２】
前記ハウジングの前記後縁に隣接する第２のセンサをさらに具備し、前記第２のセンサは前記先端表面より上に且つ前記レールより上に突出する、請求項１０記載の氷検出器。
【請求項１３】
第１及び第２のセンサと、前記センサの各々を支持するためのハウジングと、を具備する氷検出器であって、前記ハウジングは、基部と、先端表面を有する先端と、前記基部から前記先端へ延びる前縁及び後縁と、を含み、前記第１のセンサは前記第２のセンサの上流にあり、前記センサの各々は前記先端表面上に突出し、前記ハウジングは前記前縁の入口端から前記先端表面の出口端へ延びる流体通路を含み、前記通路出口端は前記前縁の下流且つ前記センサの上流にあり、前記ハウジングはさらに、前記先端の前記表面上に延在する一対の間隔をおいたレールを含み前記第１のセンサ及び出口端が前記レールの間にあり前記第２のセンサが前記レールの下流にあるようにし、前記レールは前記第１のセンサより上に突出し、前記氷検出器はさらに、前記第１のセンサから氷を除去するための第１のヒータと、前記第２のセンサから氷を除去するための第２のヒータと、前記ハウジング前縁から氷を除去するための第３のヒータと、を具備する氷検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、氷検出器に関し、より詳細には、凍結して航空機表面に氷を形成する過冷却された大きな滴の存在を検出するための氷検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
氷検出器は一般に、航空機に氷が形成される結果になる可能性がある状態で飛行していることをパイロットに知らせるために、様々な航空機で使用されている。たとえば、米国特許第４、６１１、４９２号、第４、５５３、１３７号及び第３、３４１、８３５号を参照のこと。翼表面か、または、フラップまたは補助翼等の他の制御表面に、氷が形成される場合に、航空機の空気力学的性能を低下する可能性があり、場合によっては、航空機を制御するのが困難になることもある。航空機に氷が形成されると、極端な場合には、パイロットは飛行方向を制御することができなくなることもあり、航空機は墜落する可能性がある。大半の氷検出器は、着氷状態の信号をパイロットに提供する電子機器を含み、それによってパイロットは、航空機の氷保護システムを作動させるか、または航空機のコースを変更して着氷状態から抜け出すことができる。従来の氷保護システムは一般に、熱的、化学的または機械的な原理（またはそれらの組み合わせ）に基づいており、電気ヒータ、空気圧式ブートまたはバイパスエアヒータを含む。米国特許第５、７４３、４９４号、第５、６５７、９５１号及び第５、５６２、２６５号参照のこと。
【０００３】
一般に主要氷検出器と称される高度な氷検出器は、着氷状態が検出されるときには、航空機の抗着氷機器を自動的に作動するので、パイロットのさらなる動作を必要としない。
【０００４】
一般に、水の凍結点すなわち０℃（３２°Ｆ）よりも低い温度の水滴を通って航空機が飛んでいる場合に、航空機表面に氷が形成される。凍結点以下の滴は、「過冷却」滴と称されることが多い。
【０００５】
典型的な降雨運搬雲は、約２０ミクロン（０．００００８インチ）の平均直径を有する水滴から構成される。２０ミクロン直径の水滴を含む雲を通って飛ぶ航空機は、滴が過冷却される場合であっても、普通は、滴が航空機の表面にわたって流れるときに航空機表面が滴の方向に与える空気力学的影響のため、危険なほど高いレベルの着氷を経験しない。たとえば、翼は、翼表面上の空気の流れを乱し、２０ミクロン直径範囲の水滴の大半が表面に実際にはぶつからず、むしろこれを通り過ぎて流れるようにする。これは、一般に、滴が、そうでなければ翼表面にぶつかるであろう流れ方向に流れ続けるには不十分な運動量を有するからである。小さな運動量（主に小さなサイズの結果）のため、滴が混入される気流の乱れが、滴を気流の方向に従わせ、翼に当たらなくさせる。しかし、いくつかの小滴が実際に翼表面にぶつかり凍結し、氷を形成することが観察される。これは普通、翼の前縁で発生し、上記されたように、大半の航空機は、抗着氷のまたは他の氷保護装置を備えて建造されているので、翼の前縁に形成される氷を除去する。氷は、航空機の他の制御表面にも形成されることが観察され、これらには、形成される氷を除去するための手段が装備されることが多い。
【０００６】
民間航空機の実際の墜落を含む最近のいくつかの事件は、翼表面後部に、または翼及び他の制御表面上の氷保護システムの下流に、氷が形成されることがあることを示している。そのような着氷は、典型的な２０ミクロン直径サイズの雲滴よりも大きな過冷却水滴によって引き起こされることを調査が示している。たとえば、ミラー（Miller）ら著、「ＮＡＳＡ／ＦＡＡ／ＮＣＡＲ過冷却された大きな滴の着氷飛行調査：冬季９６〜９７フライトオペレーションの概要（NASA/FAA/NCAR Supercooled Large Droplet Icing Flight Research:Summary of Winter96~97Flight Operations）」、ＡＩＡＡ９８−０５７７、及び、シャー（Shahら著、「滴サイズ分布及び氷形状（Droplet Size Distribution and Ice Shapes）」、ＡＩＡＡ９８−０４８７を参照のこと。これらの大きな滴は一般に、直径約５０ミクロン以上の範囲である。これらのいわゆる過冷却された大きな滴によって引き起こされた着氷（「ＳＬＤ着氷」と称されることもある）は、ＳＬＤ滴が、典型的な２０ミクロン直径すなわち雲滴よりもかなり大きい運動量を有する（その大きな直径及び関連したより大きな質量による）ため、発生することを調査が示している。これらのＳＬＤ滴は、一般に航空機翼によって乱されたり変化したりしない流路を移動する。結果として、これらの大きな滴は、翼の前縁及び前縁の翼下流の部分にぶつかる。翼の前縁表面に形成されるＳＬＤ氷は一般に、上記した従来の氷保護システムによって除去されるため、問題ではない。しかし、普通、航空機が飛行中には翼の後部部分及び他の制御表面に形成される氷を除去する方法がない。この着氷は、翼及び他の制御表面にわたって気流を妨害するだけではなく、航空機に余分な重量を加え、それによって、航空機を適切に且つ安全に操縦するパイロットの能力を危うくする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の先行技術の氷検出器は、検出器上の氷形成が、小さな（２０ミクロン）の水滴によって引き起こされるか、または、大きな過冷却された（５０ミクロン以上）の滴によって引き起こされるか、をパイロットに知らせることはできない。パイロットが飛行している大気は、水滴の様々な集団、たとえば、２０ミクロンサイズ範囲（典型的な雲滴）の第１の滴の集団、及び、５０ミクロンサイズ範囲（ＳＬＤ滴）の第２の滴の集団等を含む。さらに、先行技術の氷検出器は検出器上に氷が形成されたことをパイロットに知らせるが、氷が従来の氷保護システムによって保護された表面のみに形成されているのか、または、これらの氷保護システムが作用していない表面にも氷が形成されているのか、をパイロットが知る方法はない（パイロットによって行われる目視は除く。これは、飛行中は必ずしも可能ではない）。
【０００８】
一般に航空路の安全、特に乗客の安全が、航空産業の２つの最も重要な問題であるため、必要なものは、雲に典型的に見られる水滴（すなわち、約２０ミクロンの平均直径を有する滴）が多数を占める環境を航空機が飛んでいるか、または、過冷却された大きな滴が多数を占める環境を航空機が飛んでいるか、をパイロットに知らせることができる氷検出器である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、過冷却水滴を含む環境で使用されるための、且つ、第１の着氷状態を示す第１の水滴の集団の存在と第１の状態とは異なる第２の着氷状態を示す第２の水滴の集団の存在とを識別するための、氷検出器は、その上に氷が形成されるのを示す信号を提供するためのセンサと、ハウジングであって、センサを支持し、且つ、第１の滴の集団が第２の滴の集団よりもセンサにぶつかりやすくその上に氷を形成しやすいように、ハウジングを通り過ぎて流れる滴の流れ方向を修正するための手段を含むハウジングと、を具備する。
【００１０】
本発明の好適な実施形態において、検出器は、第２の滴の集団がセンサにぶつかりにくくしその上に氷を形成しにくくするように第２の滴の集団を偏向させるための手段を含み、第１の滴の集団はそのようには偏向せず、センサにぶつかりやすくその上に氷を形成しやすい。この実施形態において、第２の滴を偏向させるための手段は、センサに隣接する流体の境界層を修正するための手段を含む。境界層は、ハウジングの前縁に入口端を有しセンサの上流に出口端を有するハウジング内の流体通路によって修正される。境界層を修正することによって、滴の流路方向も、第１の滴がセンサにぶつかり第２の滴はぶつからないように、修正される。
【００１１】
より詳細には、本発明の氷検出器は、センサと、センサを支持するためのハウジングと、を具備し、ハウジングは、基部と、先端表面を有する先端と、基部から先端へ延在する前縁及び後縁と、を具備し、センサは先端表面上に前縁と後縁との間を延在し、ハウジングは前縁の入口端から先端表面の出口端へ延在する流体通路を含み、通路出口端は前縁の下流且つセンサの上流にあり、ハウジングはさらに、先端の表面上に突出する一対の間隔をおいたレールを含み、センサ及び出口端はレールの間にある。
【００１２】
本発明の他の特徴及び利点は、下記に検討されるように、本発明を実行するためのベストモードの説明及び図面を参照することによって、明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の氷検出器は、図１及び２を参照して理解することができる。これらの図面では、氷検出器は全体として参照符号５で示され、ハウジング基部１４からハウジング先端１６へ延在するハウジング１２内に配置されそれによって支持される検知要素（センサ）１０を具備する。ハウジング１２は、サポート構造物１５に取り付けられ、これは、氷の形成がモニタされるべき構造物の表面に検出器５を固定するためのボルトまたはねじ（図示せず）等の手段を含む。モデムジェットまたはプロペラ動力航空機の機体に取り付けられるときには、検出器５は一般に、前記表面に垂直に、かつそのような表面に隣接する境界層の外部に、装着される。ハウジング先端１６は、先端表面１８を含み、それを通ってセンサ１０が突出している。ハウジング１２は前縁２０と後縁２２とを有し、図面に示されるように、センサ１０は縁２０、２２の間に位置する。先端表面１８は、ハウジング１２の前縁２０からハウジング１２の後縁２２に向って上向きに（すなわち基部１４から離れて）傾斜する。流体通路２４は、ハウジング前縁２０の通路入口２６から先端表面１８の通路出口２８へ延びている。入口２６は先端表面１８に続いている。出口２８は、前縁２０の下流であり、センサ１０の上流であり且つわずかにこれから離れている。ハウジング１２は、軸方向に間隔をおいた一対のレール３０を含み、これは、ハウジング先端表面１８上に突出している。レール３０は、センサ１０が表面１８上に突出する距離よりも長い距離を表面１８上に突出している。レール３０は、ハウジング前縁２０から後縁２２へ向けて延びる。下記により詳細に説明されるように、レール３０は、水滴含有環境を通る飛行中にあるサイズの水滴から検知要素１０を遮蔽するかまたは隠す働きをする。ハウジング１２は、アルミニウム等の高熱伝導性特性を備えた材料から製造されることが好ましい。
【００１４】
通路入口端２６及び出口端２８は、各々が長さ及び幅によって画成される断面積を有する。入口の長さＬiは、出口の長さＬoとほぼ同一である。入口の長さＬi及び出口の長さＬoは、両方とも、レール３０の対向表面３１の間の長さ（または距離）Ｌrよりもわずかに短い。入口端２６及び出口端２８は、幅（または高さ）によっても画成される。図１からわかるように、入口２６の幅Ｗiは、出口２８の幅Ｗoよりも広い。したがって、ハウジング１２の前縁２０における入口２６の断面積は、ハウジング１２の先端表面１８における出口２８の断面積よりも大きい。図２に詳細に見られるように、出口端２８で通路２４内の空気の速度を最大にするために、流体通路２４の断面積は、入口端２６から出口端２８へ向って減少する。さらに、軸方向に延在する通路壁３２及び３３は、両方の壁が通路入口端２６で先端表面１８にほぼ平行であり且つ通路出口端２８でセンサ要素１０の軸３４にほぼ平行であるように、構成される。
【００１５】
図２に示されるように、センサ１０の軸３４は、ハウジング１２の前縁２０及び後縁２２にほぼ平行である。センサ１０はハウジング１２から断熱され、ハウジング１２を通るチャネル３６の中を延びる。センサ１０は、図示されない手段によって取付構造物１５に固定される。ハウジング１２の前縁２０に隣接して、ハウジング前縁２０及び該前縁に隣接する面に形成される氷を除去するための手段がある。これらの氷除去手段は、前縁に形成される氷を除去する電気ヒータ、または温かい空気が通って流れるチャネル、または空気圧か電気で作動する構造物を含んでもよい。図２において、前縁の温度を凍結温度以上に保つために、ハウジング１２の前縁に沿って延び、前縁２０の面に隣接するが、センサ１０から間隔をおいた従来のカートリッジヒータ３８が示される。ヒータ３８は、参照符号４０によって概略的に示される電子機器によって制御される。ヒータ３８に、ハウジングの温度、特にハウジング前縁２０に沿う温度をモニタする熱電対（図示せず）または類似の温度検知装置が連結される。ハウジング１２の温度が凍結温度以下に低下する場合には、ヒータコントローラがヒータを付勢し、ついには、ハウジング１２の温度が凍結温度以上に上がる。検知要素１０がハウジング１２から断熱されているため、ハウジングに投入される熱は、検知要素１０の動作に殆んどの影響を与えない。検知要素１０の温度を制御しなければならない場合には、従来のペルティエ接合を使用することができ、冷接点が要素１０と熱連通し、熱接点はハウジング１２と熱連通する。
【００１６】
本発明の代替の実施形態が図３に示される（類似特徴物を示すために、図１の参照符号が図３に使用される）。ハウジング１２は、センサ１０及び通路出口端２８上に延在する一体キャップ４２を含む。図３からわかるように、キャップは、レール３０と一体であり、レール３０の間をハウジング前縁２０からハウジング後縁２２へと延びている。図２に示された構成に類似する、前縁２０及びセンサ１０に隣接して延在するカートリッジヒータは、図３には示されない。任意ではあるが、ハウジングは、センサ１０上の領域においてキャップを貫通する１つ以上の流体通路４４を含む。
【００１７】
図３において、キャップ４２及びその一体的に取り付けられたレール３０は、ハウジング前縁２０に第２の入口端４６と、ハウジング後縁２２に第２の出口端（図示せず）を画成する。キャップ４２は、第２の入口端４６の断面積が第２の出口端の断面積よりもわずかに大きいように作られ、そのため、第２の入口端４６の断面積は第１の入口端２６の断面積よりもわずかに大きい。図３に示される氷検出器５も、図１及び２を参照して検討したものに類似した氷保護除去システムを含む。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態が、図４に示される。図４に示される検出器５０は、基部５４及び取付構造物５５を含むハウジング５２によって囲繞され支持される第１の氷検出センサ（または検知要素）５１を含む。ハウジング５２は、基部５４から先端５６へと延び、センサ５１は、先端５６の表面５８からわずかに突出している。センサ５１は、図１及び２に示されたものに類似して、ハウジング５２中のチャネル（図示せず）を通って延びている。センサ５１は、ハウジング５２から断熱され、好ましくは、ハウジング５２はアルミニウム等の高熱伝導性材料からまたは高熱伝導性を有する他の公知の材料から作られる。検出器５０は、前縁６０及び後縁６２を有する。流体通路６４は、ハウジング前縁６０の入口６６から先端表面５８の出口６８へと延びる。一対の間隔をおいたレール７０が、検知要素５１の両側を、先端表面５８の上流から、センサ５１の下流の位置まで延びる。図４からわかるように、先端表面５８は、前縁６０から後縁７０に向かって上がる方向に傾斜する。
【００１９】
第１のセンサ５１の下流であって後縁６２の上流に、検出器５０は、第２の氷検出センサ７２も備えている。第２のセンサ７２は、第１のセンサ５１に軸方向に整列配置され、第１のセンサ５１が突出する距離よりも長い距離を先端表面５８上に突出する。好ましくは、第２のセンサ７２は、第１のセンサ５１が表面５８上に突出する距離の約５倍から１０倍大きい範囲の量で、先端５６の表面５８上に突出する。図４に見られるように、第２のセンサ７２は、第１のセンサ５１よりも大きい距離を先端表面５８上に突出するだけではなく、第２のセンサ７２はレール７０の下流にあり、レール７０によって遮蔽されるかまたは隠されることはない。以下でより詳細に説明されるように、レール７０は第１のセンサ５１をあるサイズの水滴による衝撃から遮蔽する。さらに、第２のセンサ７２はハウジング５２のチャネル（図示せず）を通って延び、ハウジング５２から断熱される。氷検出器５０はさらに、ハウジング前縁から氷を除去するための手段（上記図１から３に関して説明されたように）、及び、特に、前述のカートリッジヒータ及びその関連コントローラを含む。必要に応じて、検出器要素５１及び７２の一方または両方に、ペルティエ接合技術が任意に使用される。
【００２０】
上述の実施形態の各々のために、検出器ハウジングの特定の空気力学的形状、及び、空気／滴混合物が検出を過ぎて流れるときに該形状が空気及び水滴の流れ状態に与える影響は、本発明の検出器の望ましい性能特性を惹起する。検出器を通り過ぎる空気の流れはハウジング特徴によって大きく影響されることを計算流体力学分析は示す。検出器５の先端表面１８に沿って流れる空気（水滴はない）の概略図である図５を参照すると、空気の流れは、一般的に参照符号８０で表される矢印によって示されている。空気８０が先端表面１８に沿って流れるときに、通路入口２６及び検知要素１０と、先端表面１８の上向きに傾斜する形状とは、空気の流れ８０に影響を与える。図５に見られるように、通路２４を通って流れる空気は、通路出口２８の上流及び下流の両方に、一連の渦巻き８２（真空または分離泡と称することもある）を形成する。渦巻き８２は、検知要素１０の上流及び下流にも形成される。図面に示されるように、これらの渦巻き８２は、検知要素１０を通り過ぎて流れる空気が、強制的に検知要素１０から離れて及び検知要素１０の上方を流れるようにする。検知要素１０の両方の側にレール３０が存在することが、空気を略軸方向に流れさせる。すなわち、空気がレール３０の間をハウジング前縁２０からハウジング後縁２２へ流れるようにする。通路２４及び検知要素１０は、先端表面１８に沿って流れる空気の境界層に最も大きな影響を与える。この境界層は一般に、先端表面１８上を進むときに、厚さ約０．２５から１．２５ｃｍ（約０．１から０．５インチ）の範囲であると考えられる。境界層の形状及び流路方向を制御する能力が、本発明の重要な要因であるが、それは、これらの境界層の特性が、下記に、特に図６及び７を参照して、より詳細に説明されるように、検知要素１０を通り過ぎて流れる水滴に大きな影響を与えるからである。
【００２１】
図６は、「普通の」（または非ＳＬＤ）着氷を形成することができる雲に一般的に見られる水滴の流れ方向の概略図を提供する。上記したように、航空機が約２０ミクロンの平均直径を有する過冷却水滴の集団を通って飛ぶときに、一般的に普通の着氷が発生する。図６において、そのような水滴は参照符号８４で表され、その流路は矢印８６によって示される。図６に見られるように且つ上述のように、２０ミクロン直径の水滴は一般に、それらが混入される空気の流れ方向に従う。水滴８４の比較的小さな質量（及び運動量）のため、渦巻きの結果として形成された分離泡８２を貫通することはできない。滴は空気の流路に従い、且つ、流路は検知要素１０の表面にわたって且つその上を実際に移動するため、滴は要素１０の表面にぶつかる方向に進まない。本発明のもっとも好適な実施形態においては、水滴が実際にハウジングの前縁表面２０にぶつかり且つ前縁表面に氷を形成しようとするが、前縁表面２０に隣接するヒータが氷を溶かし、ハウジング１２への大幅な付着を防止する。２０ミクロン滴のいくつかが要素１０にぶつかり要素に氷を形成する場合でさえ、それらの中の十分の滴が単位時間当たりに該要素にぶつかり凍結することはないので、ＳＬＤ着氷の指示が与えられることはない。
【００２２】
図６に示された２０ミクロン直径滴の流れ方向とは対照的に、図７は、５０ミクロン直径滴の流れ方向を示す。これらのＳＬＤ着氷滴は、ハウジングの先端表面１８に沿って形成する分離泡を通って進むことができるように、十分な質量及び運動量を有する。その流れ方向は、大部分が、先端表面１８に隣接する渦巻きによって影響されないため、水滴は、先端表面にほぼ平行に移動し、検知要素１０にぶつかり、要素１０上に氷を形成する。
【００２３】
本発明の好適な実施形態において、検知要素（図１及び３では参照符号１０、図４では参照符号５１及び７２）は、振動要素型であり、氷が要素表面に形成されるときには、その固有周波数は質量荷重のため変わる。好ましくは且つ図１及び３を参照すると、検知要素１０は、その長手方向軸３４の方向に振動する。要素１０の振動周波数は、その関連電子機器（図２に参照符号４１として示される）によって連続的に検知され、検知周波数の変動は、要素１０上に氷が形成されたことを示す。前述の原則で作動する磁気歪検知要素は、アメリカ合衆国、ミネソタ州、バーンズビル（Burnsville）のＢＦグッドリッチ  エアクラフト  センサ  ディビジョン（BFGoodrich Aircraft Sensors Division）から入手可能であり、モデル番号０８７１ＨＬ１である。
【００２４】
要素上に氷が形成されたことに関するデータを検知要素１０から連続的に得るために、検出器は好ましくは、検知要素１０に形成される氷を溶かすためのヒータ及び関連コントローラ回路を含む。検知要素上の氷が溶けるときに結果として生じるいずれの液体水を収容するために、ハウジングは、要素が中に存在するチャネルに流体連通する１つ以上の排水穴を含む。
【００２５】
図５、６及び７は、ハウジング１２の先端表面１８に沿った境界層状態が、空気の流れ方向及び空気中に混入した水滴の流れ方向に与える影響を示す。５０ミクロン直径範囲の滴は、分離泡を通って流れる十分な運動量を有して検知要素１０にぶつかるが、５０ミクロン未満の直径の粒子は一般に、検知要素１０にぶつからない。
【００２６】
センサ１０の周波数モニタリング回路を調整して、それより上ではＳＬＤ状態が存在しないと推定される閾値レベルを制定してもよい。そのような閾値レベルより下では、ＳＬＤ状態が存在すると推定される。閾値レベルは、周波数が変化する速度を考慮に入れ且つ周波数変化の量を単にモニタして、制定することができる。従来の氷検出器からの出力と比較するときに、周波数変化の速度を使用して、滴サイズを示すこともできる。閾値レベル及び氷蓄積速度は、着氷風洞の検出器のキャリブレーションから決定される。
【００２７】
航空宇宙産業がＳＬＤ着氷を引き起こす水滴の正確なサイズを完全には立証していないことを当業者は認識している。約５０ミクロン以上の直径を有する滴が過冷却状態にあるときにＳＬＤ着氷を引き起こすと一般に容認され理解されているが、他の直径（おそらく５０ミクロン未満）を有する滴もＳＬＤ着氷を引き起こすと、その後の調査が示すこともある。したがって、本願の記載は、ＳＬＤ着氷を引き起こす閾値直径として５０ミクロンに焦点を当てているが、本発明は５０ミクロン直径閾値に限定されないと認識されるべきである。上記したように、本発明の好適な実施形態では、氷検知要素は振動要素型であり、それによってユーザは、ＳＬＤ着氷を引き起こす滴直径を絶対的に決定することを必要とすることなく、ＳＬＤ状態の指示を安全に提供するのに適切であるような閾値レベルを制定することができるようになる。
【００２８】
図１、２及び３の検出器に使用されるものと同一種類の周波数検知検出要素１０を、図４に示される組み合わせセンサに使用してもよい。
【００２９】
図１に示されるようなレール３０及び図４に示されるようなレール７０は、本発明の氷検出器の望ましい性能において特別な役割を演じる。レールの高さ及びレールに対する検知要素の相対位置は両方とも、流路に沿って移動する水滴に影響を与える。なお、この流路は、必ずしもハウジングの前縁に垂直でなくてもよい。たとえば、大きな迎え角のようなある飛行条件下では、滴は斜めの角度でハウジングにぶつかることもある。一般的な雲におけるサイズの水滴が検知要素にぶつかり、ＳＬＤ着氷の不正確な指示が出るのを防止するために、レールは、検知要素を遮蔽するかまたは隠すのに十分な量だけ先端表面が上に延びており、検知要素に隣接して形成される渦巻き及び分離泡とあわせて、そのような小さな滴が検知要素にぶつかるのを防止する。
【００３０】
様々な直径の水滴を含む環境で動作されるときに、本発明の氷検出器は、ＳＬＤ着氷を形成する状態が存在するか否か、または、普通の雲着氷が結果として生じるか否か、を示す信号を提供することができる。ＳＬＤ着氷状態が存在する場合には、環境は様々な直径の水滴を含み、その中には５０ミクロン以上のものもあり、また、それよりも小さい、約２０ミクロンのものもある。そのような環境において図４に示されるようなＳＬＤ検出器を使用すると、境界層（すなわち、５０ミクロン粒子）によって乱されない十分な運動量を有するこれらの滴は、上述の動作でセンサ５１に接触するであろう。これらの同じ滴はセンサ７２にもぶつかるであろう。約５０ミクロンより小さい直径の滴は境界層によって乱され、上述の理由のためセンサ７２のみにぶつかるであろう。この設定において、検出器５０に連結された電子機器は、ＳＬＤ着氷状態、すなわち、センサ５１及び７２の両方に氷が形成されたことを示す信号を生成する。しかし、水滴の直径が５０ミクロン未満である状態中に検出器がある場合には、すなわち、水滴の直径がＳＬＤ着氷を引き起こすには小さすぎる場合には、氷は第２のセンサ７２上にのみ形成されるであろう。これらの小さな滴は、上述の境界層の影響のため、センサ５１にはぶつからないであろう。この場合、電子機器は、センサ７２における氷の形成を示す信号を提供するのみであり、「普通の」着氷状態を示す。
【００３１】
ＳＬＤ着氷状態にあるときを検出し、ＳＬＤ着氷状態と非ＳＬＤ着氷状態とを区別もする本発明のセンサの能力は、着氷状態での飛行の安全性を改善するための重要な技術を航空産業に提供する。
【００３２】
本発明は、その好適な実施形態に関して示され説明されてきたが、請求された本発明の精神及び範囲から逸脱することなくその形態及び詳細に様々な変更を行うことができることは、当業者によって理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による氷検出器の斜視図である。
【図２】図１の２−２線に沿って切られた本発明の氷検出器の断面図である。
【図３】本発明の代替の実施形態の斜視図である。
【図４】本発明のさらなる実施形態の図である。
【図５】図２の主にＡで記された領域の概略図であり、図２の検出器を通り過ぎる空気の流れ方向を示す。
【図６】図５に示された領域の概略図であり、２０ミクロン直径の水滴の流れ方向を示す。
【図７】図５に示された領域の概略図であり、５０ミクロンの水滴の流れ方向を示す。
【符号の説明】
【００３４】
５……氷検出器、１０……検知要素（センサ）、１８……先端表面、２０……前縁、２２……後縁、２４……流体通路、３０……レール、５１……第１のセンサ、５８……先端表面、６４……流体通路、７２……第２のセンサ
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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