[发明专利]用于检测飞机上冰的形成的方法和装置

说明书

技术领域

本公开涉及用于检测飞机上冰的形成的方法和装置，具体地，涉及包括热电(pyroelectric)材料的检冰仪。

背景技术

在飞机关键飞行表面上积聚的冰具有严重的安全风险。即使一些关键表面(诸如，飞机机翼前缘和其他机翼翼面)上积聚的少量冰均能严重影响翼面的升阻(lift and drag)特征。因此，实时检测飞机的结冰是对飞行安全的一项重要因素。然而，实时检测冰的一些现有系统和方法易于受错误的负读数的影响。在这种情况下，即使事实上一个或者多个关键飞行表面上已经积聚冰，冰检测系统也还是不正确地指示飞机上没有积聚冰，当飞机在接近水的冰点的温度下(诸如，约27℉-32℉)并且在约1500-13000英尺的海拔高度处飞行时，错误的负读数非常常见。在这些条件下，在设置在飞机常规位置(诸如，飞机的前机身段)中的检冰仪上形成冰之前，冰可能形成在飞机机翼的前缘上或者另一关键飞行表面上。

因此，存在以更加可靠的方式和/或根据一系列大气条件检测飞机上的结冰条件和/或冰的形成的方法和装置的需求。

发明内容

一方面，在一些实施方式中，包括本公开中所描述的检冰仪的装置可提供比之前检冰仪的一种或者多种优点。例如，在某些情况下，本公开中所描述的检冰仪能够在其他检冰仪不能检测飞机表面上冰的形成的大气条件下检测飞机表面上冰的形成。此外，在一些实施方式中，本公开中所描述的检冰仪能够在美国联邦法规(CFR)附录C(1-1-12版)第14卷第25条所描述的结冰壳层(icing envelope)中包括的任何温度、压力以及潮湿度下检测冰的形成。因此，在某些情况下，本公开中所描述的检冰仪能够在早期对飞机的关键飞行表面上冰的形成进行检测，从而降低具有危害性的错误负读数的可能性。此外，本公开中所描述的检冰仪能够在不需要对飞机进行实质性再设计或者改进的情况下实现一种或者多种上述优点。例如，在一些实施方式中，在不严重扰乱飞机的空气动力学性能的情况下，本公开中所描述的检冰仪可能够耦接至飞机。例如，在某些情况下，本公开中所描述的检冰仪能够耦接至飞机的前机身段的外表面或者蒙皮，包括代替设置在该位置处的现有检冰仪。因此，在一些实施方式中，本公开中所描述的检冰仪可用于以成本效益和/或高效方式对飞机进行改进，诸如，商用喷气客机或者其他飞机。

如本公开中所描述的检冰仪，在一些实施方式中，本公开中所描述的检冰仪包括探头表面和设置在探头表面的至少一部分上的热电材料层。在某些情况下，热电材料层直接设置在探头表面上。在其他情况下，一个或者多个额外层设置在探头表面与热电材料层之间。例如，在一些实施方式中，本公开中所描述的检冰仪进一步包括设置在探头表面与热电材料层之间的粘合材料层。

在某些情况下，本公开中所描述的检冰仪的探头表面是诸如超声波探头表面等振动探头表面。在一些实施方式中，探头表面是磁致伸缩检测仪架构的一部分。在其他情况下，探头表面形成光学检测仪架构、压电检测仪架构或者电容式检测仪架构的一部分。

在一些实施方式中，本公开中所描述的检冰仪的热电材料层是晶态层。在其他情况下，热电材料层是准不定形(quasi-amorphous)层。而且，本公开中所描述的检冰仪的热电材料层可以是大致连续的层或者平铺层。此外，在一些实施方式中，本公开中所描述的检冰仪的热电材料层可包括或者由诸如陶瓷材料等无机材料、诸如聚合材料等有机材料或者其组合形成。此外，在某些情况下，本公开中所描述的检冰仪的热电材料层表面具有比在相同条件下检冰仪探头表面所具有的水的局部冰点高的水的局部冰点。此外，水可以是过度冷却的液态水。

另一方面，在一些实施方式中，本公开中所描述的检测飞机上冰的形成的方法可比一些之前方法具有一种或者多种优点。在某些情况下，例如，本公开中所描述的方法可用于在飞机的关键飞行表面上形成冰之前检测飞机的非关键表面上冰的形成，从而降低错误负读数的可能性。在一些实施方式中，本公开中所描述的方法可用于早期报警存在潜在危害性的飞行条件，诸如，美国联邦法规(CFR)附录C(1-1-12版)第14卷第25条所描述的结冰壳层内的条件。

在本公开中所描述的一些实施方式中，检测飞机上冰的形成方法包括将本公开中所描述的检冰仪设置在飞机的外表面上，并且在检冰仪的热电材料层的表面上产生电荷，从而改变热电材料层表面上水的局部冰点。在某些情况下，热电材料层表面上的局部冰点升高。在其他情况下，还可以降低热电材料层表面上水的局部冰点。而且，水可以是过度冷却的液态水。