Продвинутый авиационный сенсор обеспечивает обнаружение льда в реальном времени и мониторинг скорости таяния

Исследователи из Британского колумбийского университета (UBC) в Оканагане улучшили реакцию в реальном времени авиационных сенсоров льда. С встроенной антенной улучшенные сенсоры теперь могут немедленно идентифицировать два типа критически важных авиационных данных: накопление льда и скорость таяния.

В настоящее время обнаружение льда на самолетах выполняется одним из двух способов: старомодным глазным осмотром или с импедансным сенсированием. Импедансное сенсирование требует накопления и затем таяния отложенного льда перед тем, как он может быть обнаружен.

Система UBC убирает зависимость от визуального подтверждения и необходимость жидкой воды для сенсирования накопления льда, согласно ведущему исследователю и ассистенту профессора UBC Мохаммеду Зарифи.

"Это позволяет обнаруживать далеко до того, как пилот может визуально определить, присутствует ли лед", — сказал Зарифи Tech Briefs.

(В ниже видео см., как Гленнский исследовательский центр использовал камеры для изучения того, как накопление льда влияет на авиационный двигатель.)

Включая антенну в сенсор, результаты от UBC-разработанного устройства могут быть разделены в реальном времени с оператором для решения любого накопления.

Микроволновой сенсор, фактически, является оптической наноструктурой, известной как раздвоенный кольцевой резонатор (SRR), работающей на 5,82 ГГц. Сенсор, с встроенными нагревательными возможностями, эффективно отличает воду и лед, обнаруживая изменения в диэлектрических свойствах на или вокруг его поверхности.

Вода накапливает большее количество электрической энергии, чем лед, и SRR особенно оборудован для измерения двух специфических уровней проницаемости.

Исследование, связанное с технологией, было опубликовано в журнале Applied Materials and Interfaces . Исследование, возглавляемое проф. Зарифи, продемонстрировало эффективность SRR как сенсоров обнаружения льда для применений, где лед и инеи имеют большое значение, таких как на самолетах, дорогах или тротуарах.

Запатентованный сенсор, включающий защитный слой, сейчас тестируется на одобрение авиационной индустрией. Команда UBC также недавно объявила о финансировании от Канадского Министерства Национальной Обороны, которое позволит исследователям продолжить разработку.

Зарифи также сотрудничает с рядом компаний ветряных турбин для адаптации сенсоров в ветряные фермы.

Поскольку технология может чувствовать соленый лед, который замерзает при более низких температурах, устройство дополнительно может помочь обнаруживать накопление на нефтяных платформах и морской инфраструктуре.

В коротком интервью с Tech Briefs ниже проф. Зарифи объясняет, почему устройство привлекло внимание авиационной и возобновляемой-энергетической индустрий.

Tech Briefs: Ранний пресс-релиз UBC  сказал, что вы получили большое количество интереса от авиационной и возобновляемой-энергетической индустрий, основанных на ваших первоначальных находках. Можете ли вы сказать больше об этом? Что было интересно для авиационной и возобновляемой энергетической индустрий? И как их реакция затем информировала следующий шаг вашего исследования?

Проф. Мохаммед Хосейн Зарифи: Первоначальный интерес, полученный нашем устройстве сенсирования льда, пришел от применений, где аэродинамические свойства структуры имеют экстремальное значение. Малые изменения в форме крыла самолета или лопасти ветряной турбины из-за образования льда могут привести к резким влияниям на подъемную силу или генерируемую мощность этими структурами.

Будущая работа в аэрокосмической индустрии на этом сенсоре льда будет улучшением чувствительности устройства к образованию льда в присутствии анти-айсинговых жидкостей, которые обычно распыляются для снижения вероятности айсингового события.

Tech Briefs: А как насчет ветряных турбин?

Проф. Мохаммед Хосейн Зарифи: Обнаружение льда на ветряных турбинах выполняется иначе. Инженер, мониторящий турбину, может предсказать образование льда из-за падения выработки мощности по сравнению с ожидаемой выработкой на тех же скоростях ветра. Эти сенсоры имели бы способность обнаруживать лед далеко до того, как выработка мощности затронута, и позволять достаточное время для инженера включить системы оттайки. Основываясь на информации, полученной от инженеров в ветровой индустрии, мы верим, что следующий шаг — упаковать устройство и внедрить его в поле для дальнейшей характеристики и подготовки к промышленному применению.

Tech Briefs: Что ваш сенсор способен обнаружить, и как информация сенсора более ценна, чем текущие варианты обнаружения, доступные на сегодняшних самолетах?

Проф. Мохаммед Хосейн Зарифи: Наш сенсор способен обнаруживать образование льда далеко до того, как вы можете видеть его происходящим на поверхности. Мы также можем извлечь информацию такую как толщина льда и скорость осадки. Это ценно, потому что это обеспечивает раннее предупреждение пилотам, переживающим полетное айсинговое событие, позволяя им активировать анти-айсинговые системы или просто сменить высоту, чтобы избежать условий.

Индикация толщины льда важна для людей, работающих на ветряных турбинах, по множественным причинам. Во-первых, если вы работаете под турбиной, вы хотите быть уверенным, что толстый слой льда не упадет и, возможно, не ушибит кого-то. Другая причина для точного обнаружения толщины льда — это может информировать инженера, как наклонить лопасти турбины для максимизации выработки мощности во время айсингового события.

Tech Briefs: Какие применения возможны, когда вы можете включить антенну в сенсор?

Проф. Мохаммед Хосейн Зарифи: Недавно мы исследовали использование антенн как сенсора. Мы заинтересованы в использовании антенн для обнаружения льда, потому что они могут значительно снизить сложность массирования сенсоров. Если мы можем реализовать массив передающих антенн, работающих на разных частотах, и иметь данные, переданные к одной принимающей антенне, централизация и обработка данных значительно упрощается. Это имеет применения в случае необходимости выполнения сенсирования льда на большой поверхности.

Больше сенсорных инноваций на Tech Briefs

Узнайте о колесных сенсорах льда NASA для транспортных средств.

Трансдюсеры из Исследовательского центра Льюиса могут обнаруживать присутствие льда.

Перейдите в наш хаб знаний Сенсоры & Тест.

Tech Briefs: Что дальше? На чем вы работаете сейчас?

Проф. Мохаммед Хосейн Зарифи: Следующий шаг в этом проекте — упаковать сенсор и внедрить его в поле. Нам также нужно дальше исследовать методы, которые позволят нам выполнять обнаружение в присутствии анти-айсинговых материалов для аэрокосмических применений.

Это всё очень волнительно, потому что у нас был такой прилив интереса от разнообразия индустрий, и мы смотрим вперед к встрече уникальных вызовов, наложенных каждым применением. Какими бы ни были вызовы — экстремальные экологические условия, морской спрей, анти-айсинговые материалы или просто сложные аэродинамические структуры, мы верим, что мы способны внедрять успешные сенсоры льда.

Исследование финансировалось Грантом открытия Совета по естественным наукам и инженерии Канады, Грантом ускорения Митакс, и грантами от Канадского фонда инноваций и Канадского Департамента Национальной Обороны.

Что вы думаете? Поделитесь своими вопросами и комментариями ниже.