EP4188801A1 - Dispositif de détection de l'intensité de givrage pour un aéronef en vol - Google Patents

Dispositif de détection de l'intensité de givrage pour un aéronef en vol

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Publication number
EP4188801A1
EP4188801A1 EP21762071.5A EP21762071A EP4188801A1 EP 4188801 A1 EP4188801 A1 EP 4188801A1 EP 21762071 A EP21762071 A EP 21762071A EP 4188801 A1 EP4188801 A1 EP 4188801A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frost
thickness
aircraft
deposited
calculation means
Prior art date
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Pending
Application number
EP21762071.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stéphane Le Garrec
Philippe Portier
Marius GURAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aerosystems SAS
Original Assignee
Safran Aerosystems SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aerosystems SAS filed Critical Safran Aerosystems SAS
Publication of EP4188801A1 publication Critical patent/EP4188801A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/08—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/20—Means for detecting icing or initiating de-icing

Definitions

  • the present invention relates to aircraft, and relates more particularly to devices for detecting icing conditions for aircraft in flight.
  • frost is likely to form beyond the protected areas.
  • the heating systems are activated only when the aircraft crosses a zone likely to create frost.
  • optical ice detectors have been developed, as described in French patent No. 2,970,946, which are placed on external areas of the aircraft, for example the nose of the aircraft.
  • these frost detectors have a capture surface on which the supercooled drops agglomerate while freezing.
  • the invention proposes to overcome the aforementioned constraints by proposing a device for detecting an intensity of icing for an aircraft in flight.
  • the subject of the invention is therefore, according to a first aspect, a method for detecting an intensity of icing for an aircraft in flight, comprising a measurement of the thickness of the frost deposited on a surface for capturing frost.
  • the evolution of the thickness of the frost is determined at determined time intervals and, when the difference in thickness of the frost determined between two time intervals is greater than a threshold value, an alarm signal is generated.
  • icing intensity is meant a level of icing defined according to a surface over which extends the frost deposited on the critical areas of the aircraft.
  • the intensity of icing is determined according to the diameter of the supercooled drops contained in the cloud crossed by the aircraft.
  • a weak icing intensity is representative of the presence of supercooled drops whose diameter is less than or equal to 100 ⁇ m.
  • the heating systems are activated and able to protect the critical areas of the aircraft.
  • a high intensity of icing is indicative of the presence of supercooled drops whose diameter is greater than 100 pm, which risks damaging the components of the aircraft.
  • the average thickness of the frost deposited on the capture surface is calculated as a function of the intensity of icing to be detected and an accretion rate, the time interval corresponding to the ratio between an average thickness of the frost and the accretion rate.
  • Detecting the intensity of icing corresponds to identifying the presence of supercooled drops having a diameter greater than 100 ⁇ m.
  • the average thickness of the frost thus corresponds to the thickness of frost generally produced by a supercooled drop having a diameter equal to 100 ⁇ m.
  • the threshold value is equal to the average thickness of frost deposited by a supercooled drop on the capture surface, the supercooled drop having in this example a diameter greater than or equal to 100 ⁇ m.
  • the ice accretion rate is calculated as a function of at least one water concentration of the ice deposited on the capture surface, a speed of the aircraft in flight and a capture coefficient.
  • the frost accretion rate is calculated from an evolution slope of the thickness of the frost deposited on the capture surface.
  • the average thickness of the frost is calculated as a function of a density of the water, of the frost, the frost collection surface and the volume of a supercooled drop having a diameter greater than or equal to 100 ⁇ m.
  • the invention also relates to a device for detecting an intensity of icing for an aircraft in flight, comprising a surface for capturing ice, measuring means suitable for measuring the thickness of the ice deposited on a surface for capturing frosted.
  • the device comprises calculation means capable of determining at determined time intervals the evolution of a thickness of the frost and control means capable of generating an alarm signal when a difference in thickness of frost measured between two intervals time is greater than a threshold value.
  • the calculation means can be implemented in the form of modules in any calculation unit capable of executing program instructions and exchanging data with other devices.
  • calculation means can also be implemented in the form of logic circuits in a partially or entirely hardware manner.
  • the calculation means are capable of calculating the average thickness of the frost deposited on the capture surface by depending on the intensity of icing to be detected and the rate of accretion, the time interval being determined by the calculation means and corresponding to the ratio between the average thickness of the frost and the rate of accretion.
  • the calculation means are able to determine the accretion rate of the frost as a function of at least the water concentration of the frost deposited on the capture surface, the speed of the aircraft in flight and a coefficient of frost capture.
  • the calculation means are capable of determining the rate of accretion of the frost from the slope of evolution of the thickness of the frost deposited on the collection surface.
  • the calculation means are able to determine the average thickness of the frost as a function of the density of the water, of the frost, the surface for capturing frost and the volume of a supercooled drop having a diameter greater than or equal to at 100 p.m.
  • the invention also relates to an aircraft comprising at least one device for detecting an intensity of icing in flight as defined above.
  • Another subject of the invention is a computer program configured to implement, when it is executed by the computer, the method for detecting the intensity of icing as defined above.
  • FIG 3B illustrate two flowcharts of a method for detecting the intensity of icing implemented by said device and, [Fig 4A] [Fig 4B] each illustrate a flowchart relating to a method for determining a time interval according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 an aircraft 1 comprising so-called critical outer zones which it is necessary to protect against icing, such as the frontal zones 11, the leading edges of the wings 12 and 13 and the engine air intakes 14 and 15.
  • the icing of the leading edges of the wings 12 and 13 modifies the profile of the wing and reduces the lift of the aircraft 1.
  • a device for detecting an intensity of icing 2 comprising a capture surface on which the frost is intended to accumulate.
  • the device 2 is capable of being located at any other place specified by the aircraft manufacturer and allowing the ice to accumulate on its capture surface when the aircraft is in the flight phase.
  • the device 2 is configured to measure the thickness of the frost deposited on its capture surface and to detect the presence of supercooled drops with a diameter greater than 100 ⁇ m when the aircraft 1 passes through a cloud.
  • the device 2 comprises measurement means 4, calculation means 6 which communicate with the measurement means 4 as well as control means 7 controlling the calculation means 6, as illustrated in figure 2. More specifically, the measuring means 4 are able to measure the thickness of the frost deposited on the capture surface.
  • the detection device 2 further comprises storage means 5 intended to memorize the data delivered by the measuring means 4.
  • the measuring means 4 comprise a first output terminal b40 coupled to an input terminal b50 means of storage 5.
  • the measurement means 4 deliver a signal S45 to the storage means 5 containing the acquired data.
  • the storage means 5 further comprise an output terminal b51 coupled to a first input terminal b60 of the calculation means 6 to deliver a signal S56 to them.
  • Calculation means 6 also have access to data acquired instantaneously by measuring means 4. More particularly, calculation means 6 comprise a second input terminal b61 coupled to a second output terminal b41 of measuring means 4, which allows the measuring means 4 to deliver a signal S46 containing the data relating to the thickness of the frost. Calculation means 6 are configured to perform calculations using the data from signals S56 and S46.
  • the calculation means 6 deliver, via an output terminal b62, a signal S67 to a first input terminal b70 of the control means 7.
  • the signal S67 can be under the form of a binary signal.
  • the control means 7 activate or not an alarm.
  • the alarm can be in the form of information displayed on the instrument panel of the crew of the aircraft 1 so that the latter can manually deflect the aircraft.
  • the alarm can also be in the form of data to be transmitted to other modules of the aircraft intended to automatically carry out deviation operations via the autopilot.
  • the calculation means 6 are configured to deliver the signal S67 at determined time intervals. To do this, the icing intensity detection device
  • a timer 8 having an output terminal b80 coupled to a second input terminal b71 of the control means 7, to deliver the signal S87 to them.
  • the signal S87 can be in binary form, the value “1” of which symbolizes the end of the count and the value “0” means that the count is in progress.
  • timer 8 is configured to restart counting when it expires.
  • This time interval can also be modified by a signal S78 received at an input terminal b81, this signal being delivered by the control means 7 via a second output terminal b73.
  • control means 7 deliver the signal S76 at output b72 and supply it to a third input terminal b63 of the calculation means 6.
  • the purpose of the signal S76 is to activate the calculation means 6 to that they can receive the signal S46 delivered by the measuring means 4 and the signal S56 coming from the storage means 5 and thus perform said calculations.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate the method for detecting the intensity of icing implemented by the device 3.
  • the method for detecting the intensity of icing begins with a step El, during which the measuring means 4 measure the thickness of the frost deposited on their sensing surface.
  • the measurement means 4 transmit the data relating to the thickness measured during the previous step, by delivering the signal S45 containing said data to the storage means 5, so that the calculation means 6 can then use them.
  • the steps E1 and E2 are thus, in this example, only repeated between each time interval in order to avoid unnecessary energy consumption.
  • timer 8 transmits signal S87 at each iteration to control means 7 in step E3.
  • control means 7 check whether the signal S87 contains the value "1" or "0".
  • step E3 the control means 7 again acquires the signal S87.
  • step E5 proceeds in which the control means 7 activate the calculation means 6 by delivering the signal S76 to them.
  • step E6 the calculation means 6 recover in step E6, the data of the signal S46 from the measuring means 4 as well as the data of the signal S56 coming from the storage means 5.
  • the calculation means 6 thus have data relating to the thicknesses of frost measured between two determined time intervals in order to compare them in step E7 and thus determine the evolution of the thickness of the frost.
  • the calculation means 6 compare the evolution of the thickness of the frost with a threshold value which corresponds to a difference in thickness demonstrating the presence of supercooled drops whose diameter is greater than 100 ⁇ m.
  • the calculation means 6 deliver to the control means 7 the signal S67 containing the value "1". If not, the control means 7 deliver the signal S67 comprising the value “0”.
  • control means 7 check whether signal S67 contains the value “1” or “0”. If it is the value “0”, step E4 is returned to. If it is the value "1", the control means 7 deliver an alarm signal in step E9.
  • FIGS. 4A and 4B each illustrate a flow diagram of a method for calculating said time interval which is defined by the following relationship: where e th designates the constant average thickness of the frost deposited by a supercooled drop on the capture surface of the detection device 2, the supercooled drop having in this example a diameter to be discriminated equal to 100 ⁇ m and,
  • IARmes the accretion rate of frost, expressed in meters per second.
  • the calculation means 6 acquire, in step E10, the average thickness e th as well as the accretion rate of the frost IARmes .
  • step El i calculation means 6 determine, according to equation (1), the time interval T sa mp then transmit it to control means 7 in step E12.
  • Calculation means 7 then send signal S78 to timer 8 so that its countdown corresponds to the determined time interval.
  • the calculation means 6 are further configured to calculate the accretion rate IARmes determined by the following relationship: h C b X LWC X TAS
  • IAR my (4) Pi where b denotes the capture coefficient of device 2; h the portion of frost on the capture surface of said device
  • TAS the speed of aircraft 1 relative to the air mass in which it is flying, expressed in meters per second.
  • the calculation means 6 begin by retrieving from the storage means 5 the data relating to the speed TAS of the aircraft 1, the portion of ice h as well as the capture coefficient b of the device 2 in step E13.
  • step E14 the calculation means 6 calculate the accretion rate IAR mes .
  • the accretion rate IAR mes calculated by the calculation means 6 will be equal to 4.10 5 m/s.
  • the average thickness e th is equal to 0.019 ⁇ m for a drop with a diameter equal to 100 ⁇ m and having a volume equal to 5.24. 10 13 m 3 .
  • the average thickness of frost e th which corresponds to the threshold value, is determined only once according to the following relationship:
  • V d the volume in cubic meters of a supercooled drop having a diameter to be discriminated equal to 100 pm.
  • the time interval between two measurements is thus equal to 476 ps, which means that a drop with a diameter of 200 pm will be detected after 8 measures. In other words, there cannot be a change in ice thickness greater than the threshold value for 7 intervals.
  • a drop having a diameter equal to 500 ⁇ m will be detected every 125 measurements.
  • the invention is not limited to these embodiments and implementations but encompasses all variants thereof. For example, one can choose to determine an icing intensity corresponding to supercooled drops whose diameter is greater than 200 ⁇ m and adjust the time interval between two measurements accordingly.

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Abstract

Ce dispositif de détection d'une intensité de givrage (2) pour un aéronef (1) en vol, comprend une surface de captation du givre, et des moyens de mesure (4) aptes à mesurer l'épaisseur du givre déposé sur la surface de captation de givre. Le dispositif comprend des moyens de calcul (6) aptes à déterminer à intervalles de temps déterminés (T samp ) l'évolution de l'épaisseur du givre, et des moyens de commande (7) aptes à générer un signal d' alarme lorsque la différence d'épaisseur de givre mesurée entre deux intervalles de temps (T samp ) est supérieure à une valeur de seuil.

Description

DESCRIPTION Titre : Dispositif de détection de l’intensité de givrage pour un aéronef en vol
Domaine technique La présente invention concerne les aéronefs, et se rapporte plus particulièrement aux dispositifs de détection de conditions givrantes pour aéronef en vol.
Etat de la technique antérieure
Lorsqu’un aéronef évolue dans une atmosphère à température négative, il est susceptible de rencontrer des nuages contenant des gouttes en surfusion.
La collision entre les zones froides de l’ aéronef, telles que les bords d’ attaque des ailes ou les entrées d’ air des moteurs, et les gouttes en surfusion présentes dans le nuage traversé fait instantanément geler les gouttes qui s’ accumulent sous forme de dépôt de givre sur ces zones.
Le givre peut dégrader les performances aérodynamiques impactant la navigabilité de l’ aéronef, mais aussi endommager certains composants des moteurs et engendrer des pertes de poussée moteur.
Pour prévenir l’ accumulation de givre, les constructeurs aéronautiques ont alors équipé les aéronefs de systèmes chauffants disposés au niveau des zones à protéger.
Ces systèmes sont conçus de manière à protéger les zones critiques lors de collisions avec des gouttes en surfusion dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 pm.
Il a toutefois été constaté que du givre est susceptible de se former au-delà des zones protégées. Par ailleurs, afin d’éviter que l’ aéronef ne consomme plus d’énergie que nécessaire, les systèmes chauffants sont activés uniquement lorsque l’ aéronef traverse une zone susceptible de créer du givre. Pour cela, il a été développé des détecteurs de givre optiques, tel que décrit dans le brevet français n°2 970 946, que l’on dispose sur des zones externes de l’ aéronef, par exemple le nez de l’ aéronef.
Plus précisément, ces détecteurs de givre possèdent une surface de captation sur laquelle les gouttes en surfusion s’ agglomèrent en givrant.
Ils sont par ailleurs aptes à mesurer l’épaisseur du givre présent sur leur surface de captation et à déterminer la présence ou l’ absence de givre ainsi que la sévérité des conditions givrantes.
Toutefois, il a été constaté, dans certaines conditions de température et d’ altitude, la présence de gouttes en surfusion dont le diamètre pouvait atteindre jusqu’ à 2 mm.
La zone d’impact d’une goutte en surfusion en aval du bord d’ attaque de l’ aile d’un aéronef dépend de l’inertie et donc du diamètre de la goutte. Par conséquent un aéronef, dont les protections ont été définies pour des gouttes en surfusion dont le diamètre ne dépasse pas 100 pm, n’est pas suffisamment protégé lorsqu’il traverse des nuages contenant des gouttes en surfusion d’un diamètre supérieur à 100 pm.
Il existe donc un besoin pour détecter la présence de gouttes en surfusion d’un diamètre supérieur à 100 pm pour que l’équipage puisse éloigner l’aéronef de ces conditions givrantes et ainsi éviter d’endommager l’ appareil.
Exposé de l’invention
Au vu de ce qui précède, l’invention se propose de pallier les contraintes précitées en proposant un dispositif de détection d’une intensité de givrage pour un aéronef en vol. L’invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un procédé de détection d’une intensité de givrage pour un aéronef en vol, comprenant une mesure de l’épaisseur du givre déposé sur une surface de captation de givre. On détermine à intervalles de temps déterminés l’évolution de l’épaisseur du givre et, lorsque la différence d’épaisseur du givre déterminée entre deux intervalles de temps est supérieure à une valeur de seuil, on génère un signal d’ alarme.
Par « une intensité de givrage », on entend un niveau de givrage défini suivant une surface sur laquelle s’étend le givre déposé sur les zones critiques de l’ aéronef.
Autrement dit, l’intensité de givrage est déterminée en fonction du diamètre des gouttes en surfusion contenues dans le nuage traversé par l’ aéronef. Ainsi, une faible intensité de givrage est représentative de la présence de gouttes en surfusion dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 pm. Dans ce cas, les systèmes chauffants sont activés et aptes à protéger les zones critiques de l’ aéronef.
A l’inverse, une intensité de givrage élevée est révélatrice de la présence de gouttes en surfusion dont le diamètre est supérieur à 100 pm, ce qui risque d’endommager les composants de l’ aéronef.
Pour déterminer l’intensité de givrage, il est avantageux de mesurer l’épaisseur du givre à des intervalles de temps déterminés, ce qui permet, en suivant son évolution, de détecter la présence de gouttes en surfusion dont le diamètre est supérieur à 100 pm.
De préférence, on calcule l’épaisseur moyenne du givre déposé sur la surface de captation en fonction de l’intensité de givrage à détecter et un taux d’accrétion, l’intervalle de temps correspondant au ratio entre une épaisseur moyenne du givre et le taux d’ accrétion. Détecter l’intensité de givrage correspond à repérer la présence de gouttes en surfusion ayant un diamètre supérieur à 100 pm. L’épaisseur moyenne du givre correspond ainsi à l’épaisseur de givre généralement produite par une goutte en surfusion ayant un diamètre égal à 100 pm. Ainsi, la valeur de seuil est égale à l’épaisseur moyenne de givre déposé par une goutte en surfusion sur la surface de captation, la goutte en surfusion ayant dans cet exemple un diamètre supérieur ou égal à 100 pm. Avantageusement, le taux d’ accrétion du givre est calculé en fonction d’au moins une concentration en eau du givre déposé sur la surface de captation, une vitesse de l’aéronef en vol et d’un coefficient de captation.
En variante, le taux d’ accrétion du givre est calculé à partir d’une pente d’évolution de l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation.
De préférence, l’épaisseur moyenne du givre est calculée en fonction d’une densité de l’eau, du givre, la surface de captation de givre et le volume d’une goutte en surfusion ayant un diamètre supérieur ou égal à 100 pm.
L’invention a également pour objet un dispositif de détection d’une intensité de givrage pour un aéronef en vol, comprenant une surface de captation de givre, des moyens de mesure aptes à mesurer l’épaisseur du givre déposé sur une surface de captation de givre. Le dispositif comporte des moyens de calcul aptes à déterminer à intervalles de temps déterminés l’évolution d’une épaisseur du givre et des moyens de commande aptes à générer un signal d’ alarme lorsqu’une différence d’épaisseur de givre mesurée entre deux intervalles de temps est supérieure à une valeur de seuil. Les moyens de calcul peuvent être implémentés sous forme de modules dans toute unité de calcul apte à exécuter des instructions programme et échanger des données avec d’ autres dispositifs.
On peut citer comme unité de calcul, un microprocesseur ou un micro contrôleur. Les moyens de calcul peuvent également être implémentés sous forme de circuits logiques de manière partiellement ou intégralement matérielle.
De préférence, les moyens de calcul sont aptes à calculer l’épaisseur moyenne du givre déposé sur la surface de captation en fonction de l’intensité de givrage à détecter et le taux d’accrétion, l’intervalle de temps étant déterminé par les moyens de calcul et correspondant au ratio entre l’épaisseur moyenne du givre et le taux d’ accrétion. Préférentiellement, les moyens de calcul sont aptes à déterminer le taux d’ accrétion du givre en fonction d’au moins la concentration en eau du givre déposé sur la surface de captation, la vitesse de l’aéronef en vol et d’un coefficient de captation de givre.
En variante, les moyens de calcul sont aptes à déterminer le taux d’ accrétion du givre à partir de la pente d’évolution de l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation.
Avantageusement, les moyens de calcul sont aptes à déterminer l’épaisseur moyenne du givre en fonction de la densité de l’eau, du givre, la surface de captation de givre et le volume d’une goutte en surfusion ayant un diamètre supérieur ou égal à 100 pm.
L’invention a également pour objet un aéronef comprenant au moins un dispositif de détection d’une intensité de givrage en vol tel que défini ci-dessus.
L’invention a encore pour objet un programme d’ ordinateur configuré pour mettre en œuvre, lorsqu’il est exécuté par l’ ordinateur, le procédé de détection de l’intensité de givrage tel que défini ci-dessus.
Brève description des dessins
D’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : [Lig 1] illustre schématiquement un aéronef comportant un dispositif de détection d’une intensité de givrage conforme à l’invention;
[Lig 2] présente de manière schématique les modules du dispositif de détection de l’intensité de givrage selon un mode de réalisation de l’invention ; [Fig 3A]
[Fig 3B] illustrent deux ordinogrammes d’un procédé de détection de l’intensité du givrage mis en œuvre par ledit dispositif et, [Fig 4A] [Fig 4B] illustrent chacune un ordinogramme concernant une méthode de détermination d’un intervalle de temps selon un mode de mise en œuvre de l’invention.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation de l’invention
Sur la figure 1 est représenté un aéronef 1 comprenant des zones extérieures dites critiques qu’il est nécessaire de protéger contre le givrage, tel que les zones frontales 11 , les bords d’ attaque des ailes 12 et 13 et les entrées d’air moteur 14 et 15.
En effet, le givrage des bords d’attaque des ailes 12 et 13 modifie le profil de l’ aile et fait diminuer la portance de l’ aéronef 1.
Quant au givrage des zones frontales 11 , cela peut causer l’ altération voire, la suppression de la transparence de la verrière du poste de pilotage de l’ aéronef 1 , altérant par conséquent la visibilité pour l’équipage. Le givre peut aussi provoquer l’ingestion de glaces sur les moteurs 15 et 14 et les endommager.
Ainsi, il est disposé sur une zone externe de l’ aéronef 1 , ici la zone frontale 11 , un dispositif de détection d’une intensité de givrage 2 comportant une surface de captation sur laquelle le givre est destiné à s’ accumuler.
Bien entendu, le dispositif 2 est apte à être localisé sur tout autre endroit spécifié par l’avionneur et permettant au givre de s’ accumuler sur sa surface de captation lorsque l’ aéronef est en phase de vol. Le dispositif 2 est configuré pour mesurer l’épaisseur du givre déposé sur sa surface de captation et détecter la présence de gouttes en surfusion d’un diamètre supérieur à 100 pm lorsque l’ aéronef 1 traverse un nuage. A cet effet, le dispositif 2 comprend des moyens de mesure 4, des moyens de calcul 6 qui communiquent avec les moyens de mesure 4 ainsi que des moyens de commande 7 pilotant les moyens de calcul 6, tels qu’illustrés dans la figure 2. Plus précisément, les moyens de mesure 4 sont aptes à mesurer l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation.
Le dispositif de détection 2 comprend en outre des moyens de stockage 5 destinés à mémoriser les données délivrées par les moyens de mesure 4. Pour ce faire, les moyens de mesure 4 comportent une première borne de sortie b40 couplée à une borne d’entrée b50 des moyens de stockage 5.
Les moyens de mesure 4 délivrent un signal S45 aux moyens de stockage 5 contenant les données acquises. Les moyens de stockage 5 comportent en outre une borne de sortie b51 couplée à une première borne d’entrée b60 des moyens de calcul 6 pour leur délivrer un signal S56.
Les moyens de calcul 6 ont en outre accès aux données acquises instantanément par les moyens de mesure 4. Plus particulièrement, les moyens de calcul 6 comportent une deuxième borne d’entrée b61 couplée à une deuxième borne de sortie b41 des moyens de mesure 4, ce qui permet aux moyens de mesure 4 de délivrer un signal S46 contenant les données relatives à l’épaisseur du givre. Les moyens de calcul 6 sont configurés pour effectuer des calculs en utilisant les données des signaux S56 et S46.
Au terme de ces calculs, les moyens de calcul 6 délivrent, par une borne de sortie b62, un signal S67 à une première borne d’entrée b70 des moyens de commande 7. A titre d’exemple, le signal S67 peut être sous la forme d’un signal binaire. Ainsi, en fonction de la valeur reçue, « 0 » ou « 1 », les moyens de commande 7 activent ou non une alarme. Il est à noter que l’alarme peut être sous la forme d’une information affichée sur le tableau de bord de l’équipage de l’ aéronef 1 pour que celui-ci puisse faire dévier manuellement l’ aéronef.
L’ alarme peut également être sous la forme d’une donnée à transmettre à d’ autres modules de l’ aéronef destinés à effectuer automatiquement des opérations de déviation via le pilotage automatique.
Il est à noter que les moyens de calcul 6 sont configurés pour délivrer le signal S67 à intervalles de temps déterminés. Pour ce faire, le dispositif de détection de l’intensité de givrage
2 comporte en outre un temporisateur 8 ayant une borne de sortie b80 couplée à une deuxième borne d’entrée b71 des moyens de commande 7, pour leur délivrer le signal S87.
Le signal S87 peut être de forme binaire dont la valeur « 1 » symbolise la fin du décompte et la valeur « 0 » signifie que le décompte est en cours.
Par ailleurs, le temporisateur 8 est configuré pour redémarrer le décompte lorsqu’il arrive à terme.
Cet intervalle de temps peut également être modifié par un signal S78 reçu à une borne d’entrée b81 , ce signal étant délivré par les moyens de commande 7 via une deuxième borne de sortie b73.
Une fois le décompte terminé, les moyens de commande 7 délivrent en sortie b72 le signal S76 et le fournissent à une troisième borne d’entrée b63 des moyens de calcul 6. Le signal S76 a pour but d’ activer les moyens de calcul 6 pour qu’ils puissent recevoir le signal S46 délivré par les moyens de mesure 4 et le signal S56 issu des moyens de stockage 5 et ainsi effectuer lesdits calculs.
On se réfère aux figures 3A et 3B qui illustrent le procédé de détection de l’intensité de givrage mis en œuvre par le dispositif 3.
En référence à la figure 3A, le procédé de détection de l’intensité de givrage débute par une étape El , au cours de laquelle les moyens de mesure 4 mesurent l’épaisseur du givre déposé sur leur surface de captation. A l’étape E2, les moyens de mesure 4 transmettent les données relatives à l’épaisseur mesurée au cours de l’étape précédente, en délivrant le signal S45 contenant lesdites données aux moyens de stockage 5, afin que les moyens de calcul 6 puissent ensuite les utiliser. Comme la discrimination des gouttes en surfusion d’un certain diamètre n’est possible qu’en mesurant à intervalles de temps déterminés, l’évolution de l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation, les étapes El et E2 sont ainsi, dans cet exemple, uniquement réitérées entre chaque intervalle de temps afin d’éviter une consommation d’énergie inutile.
Parallèlement aux étapes El et E2 et en référence à la figure 3B, le temporisateur 8 transmet à chaque itération le signal S87 aux moyens de commande 7 dans l’étape E3.
Dans l’étape suivante E4, les moyens de commande 7 vérifient si le signal S87 contient la valeur « 1 » ou « 0 ».
Si la valeur est égale à « 0 », on retourne à l’étape E3 dans laquelle les moyens de commande 7 acquièrent de nouveau le signal S87.
Dans le cas contraire, on passe à l’étape E5 dans laquelle les moyens de commande 7 activent les moyens de calcul 6 en leur délivrant le signal S76.
Une fois activés, les moyens de calcul 6 récupèrent dans l’étape E6, les données du signal S46 des moyens de mesure 4 ainsi que les données du signal S56 issu des moyens de stockage 5.
Les moyens de calcul 6 disposent ainsi des données relatives aux épaisseurs de givre mesurées entre deux intervalles de temps déterminés pour les comparer dans l’étape E7 et ainsi déterminer l’évolution de l’épaisseur du givre.
Plus particulièrement, les moyens de calcul 6 comparent l’évolution de l’épaisseur du givre avec une valeur de seuil qui correspond à une différence d’épaisseur démonstrative de la présence de gouttes de surfusion dont le diamètre est supérieur à 100 pm.
Ainsi, si la différence d’épaisseur mesurée entre deux intervalles de temps déterminés est supérieure ou égale à ladite valeur de seuil, les moyens de calcul 6 délivrent aux moyens de commande 7 le signal S67 contenant la valeur « 1 ». Si non, les moyens de commande 7 délivrent le signal S67 comportant la valeur « 0 ».
Au cours de l’étape E8, les moyens de commande 7 vérifient si le signal S67 contient la valeur « 1 » ou « 0 » . S’il s’ agit de la valeur « 0 », on revient à l’étape E4. Si c’est la valeur « 1 », les moyens de commande 7 délivrent un signal d’ alarme dans l’étape E9.
On se réfère aux figures 4A et 4B qui illustrent chacune un diagramme de flux d’une méthode de calcul dudit intervalle de temps qui est défini par la relation suivante : où eth désigne l’épaisseur moyenne constante du givre déposé par une goutte en surfusion sur la surface de captation du dispositif de détection 2, la goutte en surfusion ayant dans cet exemple un diamètre à discriminer égal à 100 pm et,
IARmes le taux d’ accrétion du givre, exprimé en mètres par seconde. Pour pouvoir calculer l’intervalle de temps Ts amp , les moyens de calcul 6 acquièrent, dans l’étape E10, l’épaisseur moyenne eth ainsi que le taux d’ accrétion du givre IARmes .
Dans l’étape El i , les moyens de calcul 6 déterminent, selon l’équation ( 1), l’intervalle de temps Ts amp puis le transmettent aux moyens de commande 7 dans l’étape E12.
Les moyens de calcul 7 envoient ensuite le signal S78 au temporisateur 8 pour que son compte à rebours corresponde à l’intervalle de temps déterminé.
En référence à la figure 4B, les moyens de calcul 6 sont en outre configurés pour calculer le taux d’ accrétion IARmes déterminé par la relation suivante : h C b X LWC X TAS
IAR mes (4) Pi où b désigne le coefficient de captation du dispositif 2 ; h la portion de givre sur la surface de captation dudit dispositif
2 ;
LWC, la concentration en eau du nuage traversé en grammes par mètre cube et,
TAS, la vitesse de l’ aéronef 1 par rapport à la masse d’ air dans laquelle il vole, exprimée en mètres par seconde.
Les moyens de calcul 6 commencent par récupérer des moyens de stockage 5 les données relatives à la vitesse TAS de l’ aéronef 1 , la portion de givre h ainsi que le coefficient de captation b du dispositif 2 dans l’étape E13.
Au cours de l’étape E14, les moyens de calcul 6 calculent le taux d’ accrétion IARmes .
A titre d’exemple, en considérant que la concentration en eau est égale à 0,2g/m3, la vitesse de l’ aéronef 1 égale à 230m/s ainsi qu’un dispositif 2 ayant un coefficient de captation égal à 0,8 et une surface de captation de 3. 10 5 m2, le taux d’accrétion IARmes calculé par les moyens de calcul 6 sera égal à 4. 10 5 m/s.
L’épaisseur moyenne eth est égale à 0,019 pm pour une goutte d’un diamètre égal à 100 pm et ayant un volume égal à 5,24. 10 13 m3.
Par ailleurs, il est à noter que l’épaisseur moyenne de givre eth qui correspond à la valeur de seuil, est déterminée une seule fois selon la relation suivante :
Pw x vd
® th PiXSt (2) où pw désigne la densité de l’eau qui est égale à 1000000 g/m3 ; pi la densité du givre, égale à 917000 g/m3 ;
St, la superficie en mètres carré de la surface de captation du détecteur de givre 2 exprimée, et,
Vd, le volume en mètres cube d’une goutte en surfusion ayant un diamètre à discriminer égal à 100 pm.
L’intervalle de temps entre deux mesures est ainsi égal à 476 ps, ce qui signifie qu’une goutte de diamètre de 200 pm sera détectée après 8 mesures. Autrement dit, il ne peut y avoir une évolution d’épaisseur de givre supérieure à la valeur de seuil pendant 7 intervalles.
Toutefois, une goutte ayant un diamètre égal à 500 pm sera détectée toutes les 125 mesures. Par ailleurs, l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation et de mise en œuvre mais en embrasse toutes les variantes. Par exemple, on peut choisir de déterminer une intensité de givrage correspondant à des gouttes en surfusion dont le diamètre est supérieur à 200 pm et ajuster l’intervalle de temps entre deux mesures en conséquence.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détection d’une intensité de givrage pour un aéronef (1 ) en vol, comprenant une étape de mesure d’une épaisseur de givre déposé sur une surface de captation de givre, caractérisé en ce qu’il comprend une étape consistant à déterminer, à intervalles de temps déterminés (Tsamp), une évolution d’une épaisseur de givre et, une étape de génération d’un signal d’ alarme, lorsqu’une différence d’épaisseur de givre mesurée entre deux intervalles de temps (Tsamp) est supérieure à une valeur de seuil.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il comprend une étape de calcul d’une épaisseur moyenne de givre (eth) déposé sur la surface de captation en fonction de l’intensité de givrage à détecter et d’un taux d’ accrétion de givre (IARmes), l’intervalle de temps (Ts mp) correspondant au ratio entre l’épaisseur moyenne de givre (eth) et le taux d’ accrétion de givre (IARmes).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le taux d’ accrétion de givre (IARmes) est calculé en fonction d’ au moins une concentration en eau du givre (LWC) déposé sur la surface de captation, une vitesse (TAS) de l’ aéronef (1) en vol et un coefficient de captation de givre (b).
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le taux d’ accrétion de givre (IARmes) est calculé à partir d’une pente d’évolution de l’épaisseur de givre déposé sur la surface de captation de givre.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’épaisseur moyenne de givre (eth) est calculée en fonction d’une densité de l’eau (pw), d’une densité du givre (p , d’une superficie de la surface de captation de givre (St) et d’un volume d’une goutte en surfusion (Va) ayant un diamètre supérieur ou égal à 100 pm.
6. Dispositif de détection d’une intensité de givrage (3) pour un aéronef (1) en vol, comprenant une surface de captation du givre, et des moyens de mesure (4) aptes à mesurer une épaisseur de givre déposé sur la surface de captation de givre, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de calcul (6) aptes à déterminer, à intervalles de temps déterminés (Tsamp) l’évolution de l’épaisseur de givre et des moyens de commande (7) aptes à générer un signal d’ alarme lorsque la différence d’épaisseur de givre mesurée entre deux intervalles de temps (Tsamp) est supérieure à une valeur de seuil.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de calcul (6) sont aptes à calculer une épaisseur moyenne du givre (eth) déposé sur la surface de captation en fonction de l’intensité de givrage à détecter et d’un taux d’ accrétion (IARmes), l’intervalle de temps (Tsiimp) étant calculé par les moyens de calcul (6) et correspondant au ratio entre l’épaisseur moyenne de givre (eth) et le taux d’ accrétion (IARmes) ·
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de calcul (6) sont aptes à déterminer le taux d’ accrétion du givre (IARmes) en fonction d’ au moins une concentration en eau du givre (LWC) déposé sur la surface de captation, une vitesse (TAS) de l’ aéronef (1 ) en vol et un coefficient de captation de givre (b).
9. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de calcul (6) sont aptes à déterminer le taux d’ accrétion du givre (IARmes) à partir d’une pente d’évolution de l’épaisseur de givre déposé sur la surface de captation de givre.
10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les moyens de calcul (6) sont aptes à déterminer l’épaisseur moyenne de givre (eth) en fonction de la densité de l’eau (pw), du givre (pi), la surface de captation de givre (St) et le volume d’une goutte en surfusion (Vd) ayant un diamètre supérieur ou égal à 100 pm.
11. Aéronef (1 ) comprenant au moins un dispositif de détection de l’intensité de givrage (3) en vol selon l’une quelconque des revendications 6 à 10.
12. Programme d’ ordinateur configuré pour mettre en œuvre le procédé selon la revendication 1 , lorsqu’il est exécuté par l’ordinateur.
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