BRPI0901475B1

BRPI0901475B1 - Sistema e método de anticongelamento/descongelamento e estrutura de avião que incorpora este sistema

Info

Publication number: BRPI0901475B1
Application number: BRPI0901475-6A
Authority: BR
Inventors: Pauline Tenebre; Marc-François Six
Original assignee: Hutchinson
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2019-09-17
Also published as: CN101525053A; CN101525053B; US8146866B2; FR2928346A1; EP2098450A1; EP2098450B1; KR20090095521A; ATE478804T1; FR2928346B1; US20090224104A1; BRPI0901475A2; JP2009214873A; DE602009000135D1

Abstract

sistema e método de anticongelamento/descongelamento e estrutura de avião que incorpora este sistema. a presente invenção refere-se a um sistema e a um método de anticongelamento/descongelamento que utiliza ondas de ultrassom para uma superfície externa de uma estrutura provavelmente a ser congelada, tal como uma asa ou uma nacele de motor de um avião, e tal estrutura que incorpora este sistema. um sistema de acordo com a invenção compreende uma pluralidade de transdutores piezoelétricos (10) com os quais a estrutura está equipada, oposta a esta superfície externa (2), e este sistema é tal que este compreende um meio de escanear pelo menos uma matriz (16) de malhas elementares (i, j) predefinidas nesta superfície em relação a uma disposição uniforme de um grupo destes transdutores, este meio de escaneamento sendo capaz de focalizar as ondas emitidas por todos os ou alguns dos transdutores do ou de cada grupo sobre estas malhas uma após a outra, através de um meio de somatório de sinal acoplado a este meio de escaneamento e capaz de produzir, para cada malha, um somatório dos sinais obtidos dos transdutores que emitem estas ondas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA E MÉTODO DE ANTICONGELAMENTO/DESCONGELAMENTO E ESTRUTURA DE AVIÃO QUE INCORPORA ESTE SISTEMA.

A presente invenção refere-se a um sistema de anticongelamento/descongelamento que utiliza ondas de ultrassom para uma superfície externa de uma estrutura provavelmente a ser congelada, tal como uma asa de avião ou uma nacele de motor, uma tal estrutura que incorpora este sistema e um método de anticongelamento/descongelamento implementado por este sistema.

A utilização de ondas de ultrassom para descongelar as asas de avião, as pás de helicóptero ou as neceles de motor de avião especificamente é conhecida. O documento DE-A-10 2004 060 675 descreve um dispositivo e um método que utiliza transdutores piezoelétricos dispostos atrás do bordo de ataque de uma asa de avião para tratar do descongelamento da última, com uma frequência de trabalho escolhida de acordo com a rigidez da estrutura desta asa.

Também conhecida do documento WO-A-2007/095935 é a utilização de uma rede bidimensional de transdutores incorporados dentro de uma asa de avião o qual emite ultrassons para medir, através de um escaneamento da superfície congelada da asa e da detecção das ondas de ultrassom refletidas pelas bordas desta superfície, a espessura da camada de gelo que cobre esta asa.

Uma principal desvantagem dos sistemas de descongelamento conhecidos para estas estruturas de avião reside notadamente no consumo de energia não-otimizado a qual é requerida para impedir o congelamento e/ou descongelar satisfatoriamente a cada instante todas as áreas relevantes da superfície externa destas estruturas.

Um objetivo da presente invenção é propor um sistema anticongelamento que utiliza ondas de ultrassom para uma superfície externa de uma estrutura provavelmente a ser congelada, tal como uma asa de avião ou uma nacele de motor, este sistema compreendendo uma pluralidade de transdutores piezoelétricos com os quais a estrutura está equipada faceando esta superfície, o sistema corrigindo esta desvantagem.

Para este fim, um sistema de anticongelamento de acordo com a invenção compreende um meio de escanear pelo menos uma matriz de malhas elementares predefinidas nesta superfície externa relativas a uma disposição regular de um grupo destes transdutores, este meio de escaneamento sendo capaz de focalizar as ondas emitidas por todos os ou alguns dos transdutores do ou de cada grupo sobre estas malhas uma após a outra, através de um meio de somatório de sinal acoplado a este meio de escaneamento e capaz de produzir, para cada malha, um somatório dos sinais obtidos dos transdutores que emitem estas ondas.

Será notado que este meio de somatório e de escaneamento da ou de cada matriz de malhas elementares torna possível proteger contra o gelo e/ou efetivamente descongelar esta estrutura, com um consumo de energia que é significativamente reduzido em comparação com os sistemas de anticongelamento/descongelamento existentes.

Vantajosamente, o sistema de anticongelamento de acordo com a invenção pode compreender uma rede formada por uma pluralidade destas matrizes, cada uma, compreendendo uma multiplicidade das malhas, por exemplo, presentes em um número entre 500 e 5000 por matriz.

De acordo com outra característica da invenção, este meio de somatório pode ser capaz de recalcular a cada instante o comprimento de onda e a fase de cada sinal emitido por cada transdutor do ou de cada grupo dentro da ou de cada matriz associada, de modo que este meio de escaneamento focaliza em um modo sincronizado sobre cada malha a soma das ondas emitidas com uma amplitude máxima para a onda resultante.

De acordo com outra característica da invenção, os ditos transdutores podem vantajosamente estar montados sobre uma face interna ou pele da dita estrutura a qual é oposta à dita superfície externa. Como uma variante, estes poderíam estar incorporados nesta estrutura, dentro de um alojamento dedicado para a última.

De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o ou cada grupo de transdutores associados a ou cada matriz de malhas compre ende duas séries de transdutores respectivamente dispostos faceando e opostos a duas bordas periféricas paralelas da dita superfície externa que são externas à matriz correspondente.

Opcionalmente, de acordo com este exemplo da invenção, cada uma, das séries de transdutores pode compreender uma pluralidade de pares de transdutores uniformemente espaçados em uma direção da matriz correspondente, um dos dois transdutores de cada par sendo designado para substituir o outro transdutor caso o último falhe.

De acordo com outra característica da invenção, cada transdutor do ou de cada grupo é vantajosamente alimentado por um gerador elétrico por meio de cabos que podem estar alojados na dita estrutura, e está conectado a uma memória acoplada a um computador designado para calcular os parâmetros da onda a ser enviada para cada malha, todos os transdutores estando ligados a um e o mesmo dispositivo de gerenciamento eletrônico capaz de controlar este meio de escaneamento de acordo com sequências de escaneamento determinadas.

De preferência, o sistema de acordo com a invenção compreende pelo menos um dispositivo para medir a temperatura da dita superfície externa o qual está acoplado no dito dispositivo de gerenciamento, para definir as ondas utilizadas na sequência de escaneamento.

Também de preferência, o sistema de acordo com a invenção também compreende um meio de amortecimento acústico que é pelo menos capaz de evitar a propagação das ditas ondas emitidas de uma das matrizes para as outras matrizes adjacentes. Este dito meio de amortecimento pode vantajosamente compreender tiras de amortecimento de separação entre as matrizes as quais estão de preferência, cada uma, baseada em um elastômero viscoelástíco, tal como o Deltane, e as quais estão respectivamente dispostas opostas a limites entre as matrizes, entre uma face interna da dita estrutura oposta à dita superfície externa e uma placa de suporte, de preferência metálica.

Ainda mais de preferência, este meio de amortecimento pode também compreender margens de amortecimento as quais estão de prefe4 rência, cada uma, baseadas em um elastômero viscoelástico, tal como o Deltane, e as quais estão dispostas opostas a uma área periférica da dita superfície externa que circunda ambas as ou cada matriz e os transdutores associados, estas margens de amortecimento sendo capazes de evitar a reflexão por efeito de borda das ditas ondas emitidas em cada matriz.

De acordo com uma modalidade da invenção, o ou cada grupo de transdutores pode vantajosamente compreender transdutores reversíveis os quais são sucessivamente capazes de emitir e receber as ditas ondas, especificamente para detectar por tempo de ida e volta a presença de áreas congeladas sobre a ou cada matriz.

O sistema de anticongelamento de acordo com a invenção pode também ser utilizado como um sistema de descongelamento, então também sendo capaz de descongelar sucessivamente as ditas áreas congeladas após a detecção das últimas por tempo de ida e volta, pelo menos um dos transdutores operando como emissor e os outros como receptores, este sistema compreendendo um meio de armazenamento de sinal emitido acoplado a um meio de compressão e inversão de sinal armazenado, o dito meio de escaneamento sendo capaz de refocalizar estes sinais invertidos e comprimidos na direção das ditas áreas congeladas.

Geralmente, cada um dos transdutores utilizado no sistema de anticongelamento/descongelamento de acordo com a invenção pode vantajosamente ser um transdutor piezoelétrico de múltiplas camadas com base em um material cerâmico.

Uma estrutura de avião de acordo com a invenção, provável de ser congelada sobre a sua superfície externa e tal como uma superfície de asa ou de nacele de motor, está caracterizada pelo fato de que esta incorpora um sistema de anticongelamento como aqui acima definido.

De acordo com um exemplo da invenção, onde esta estrutura de avião forma uma asa de avião, cada grupo de transdutores associado a ou cada matriz pode vantajosamente compreender duas séries de transdutores respectivamente dispostos sobre os lados de superfície superior e de superfície inferior opostos a duas bordas periféricas paralelas da dita superfície externa as quais são externas a esta matriz, os transdutores de cada série estando uniformemente espaçados em uma direção longitudinal da estrutura e estando acopladas a respectivamente dois coletores de fonte de alimentação elétrica de superfície superior e superfície inferior.

De acordo com a invenção, o método de anticongelamento que utiliza ondas de ultrassom para uma superfície externa de uma estrutura provavelmente a ser congelada, tal como uma asa ou uma nacele de motor de um avião, este um método utilizando uma pluralidade de transdutores piezoelétricos com os quais a estrutura está equipada adjacente a esta superfície, é tal que este principalmente compreende:

- uma emissão de ondas em deslocamento, em pelo menos uma matriz de malhas elementares predefinidas nesta superfície externa em relação a uma disposição uniforme de um grupo destes transdutores, por todos ou alguns dos últimos,

- um somatório, para cada malha desta matriz, de sinais obtidos dós. transdutores que emitem estás ondas e representativos dós últimos, e

- pelo menos um escaneamento desta matriz, para focalizar as ondas em deslocamento resultantes emitidas destas malhas uma após a outra.

Em outras palavras, cada uma, das malhas da ou de cada matriz é protegida do gelo uma após a outra, enviando sincronizadamente através do grupo de transdutores associado ondas em deslocamento de amplitude mais baixa mas com um comprimento de onda e uma fase que são recalculados a cada instante para provocar um máximo de energia sobre a malha (i, j) no instante t então sobre a malha (i+1, j+1) no instante t+1, e assim por diante. Este modo de operação é vantajosamente menos consumidor de energia.

De acordo com outra característica da invenção, é possível executar cada escaneamento da ou de cada matriz em um modo sincronizado recalculando a cada instante o comprimento de onda e a fase dos ditos sinais para maximizar a energia vibratória sobre cada malha com uma amplitude total máxima para o sinal resultante, de preferência correspondendo a um deslocamento gerado sobre estas malhas igual a ou maior do que 1 pm.

Vantajosamente, é possível escolher as dimensões da ou de cada matriz e o número dos transdutores dentro de cada grupo associado de acordo com o período de escaneamento máximo desejado.

De preferência, os transdutores emitem pacotes de ondas focalizadas sobre cada malha da ou de cada matriz a ser tratada, as frequências das quais estão, por exemplo, entre 100 kHz e 5 MHz. Cada transdutor utilizado pode vantajosamente exibir uma espessura, medida de acordo com a espessura da estrutura, a qual é da ordem de um meio-comprimento de onda de ultrassom.

Também de preferência, a temperatura da dita superfície externa é medida para escolher as ondas da sequência de escaneamento para cada transdutor.

De preferência, entre os pares adjacentes de matrizes, as ondas emitidas em uma destas são amortecidas para evitar a sua propagação para a matriz adjacente e/ou as ondas emitidas em cada matriz são amortecidas para evitar a reflexão por efeito de borda, ao redor desta matriz e dos transdutores correspondentes.

Como uma variante, é possível, por outro lado, utilizar a reflexão por efeito de borda, ao redor de cada matriz e dos transdutores correspondentes, para gerar as ondas estacionárias.

Como anteriormente indicado, é possível vantajosamente prover pares de transdutores uniformemente espaçados em uma direção de cada matriz, um dos transdutores de cada par sendo utilizado para substituir o outro transdutor caso o último falhe. Neste contexto, testes são vantajosamente executados antes de colocar o anticongelamento em serviço (por exemplo, antes de cada decolagem do avião no caso de uma asa de avião a ser protegida do gelo), estes testes consistindo em:

- emitir um sinal com um transdutor de emissão a ser testado X_t incluído em um par de transdutores (Xt, Yt) associados a ou cada matriz, todos os outros transdutores (X_k) (k diferente de t) do grupo correspondente sendo utilizados em um modo de recepção e, neste caso, em

- verificar para ver se pelo menos um destes transdutores Xr no modo de recepção não recebe este sinal, de preferência utilizando a técnica de tempo de ida e volta para refinar a localização da fonte de emissão pelos transdutores no modo de recepção, e

- ter a implementação do anticongelamento mudada para o outro transdutor de emissão Y_t devido à falha do transdutor X_t.

De acordo com outra característica da invenção, é também possível implementar um descongelamento da dita superfície externa pela técnica de tempo de ida e volta, para a ou cada matriz de malhas:

- tendo uma onda emitida para pelo menos um transdutor utilizado no modo de emissão associado a esta matriz, esta onda encontrando uma singularidade provocada por um ponto de formação de gelo sobre esta matriz,

- captando, por todos ou alguns dos outros transdutores associados a esta mesma matriz e utilizados no modo de recepção, o sinal representativo desta onda que encontrou a sua singularidade, e armazenando este sinal em uma memória interna, e

- invertendo e comprimindo este sinal para refocalizar a onda que corresponde a este sinal invertido e comprimido na direção da dita singularidade, para descongelar sucessivamente os pontos de gelo conforme estes formam, após estes terem sido localizados.

Outras características, benefícios e detalhes da presente invenção emergirão da leitura da descrição seguinte de diversas modalidades exemplares da invenção, dadas como ilustração não-limitante, a dita descrição sendo dada com referência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é uma vista esquemática parcial de uma estrutura de asa de avião que ilustra, como exemplo, uma área da superfície externa desta estrutura a ser protegida de congelamento ou ser descongelada, a figura 2 é uma vista plana desenvolvida da estrutura da figura também ilustrando uma disposição de acordo com a invenção de duas séries de transdutores piezoelétricos em cada lado da e ao longo desta área, a figura 3 é uma vista em perfil esquemática parcial da estrutura das figuras 1 e 2, notadamente que mostra a montagem de acordo com a invenção destes transdutores sobre uma face interna da estrutura, a figura 4 é um diagrama de blocos simplificado que mostra os acoplamentos funcionais entre os elementos componentes principais do sistema de anticongelamento/descongelamento de acordo com a invenção, para cada um dos transdutores, a figura 5 é uma vista esquemática parcial desenvolvida, como a figura 2, da dita área a ser protegida de congelamento ou a ser descongelada, que mostra a sua divisão, de acordo com a invenção, em matrizes de malhas elementares, cada uma, associada a um grupo de transdutores, a figura 6 é uma vista esquemática que ilustra, para uma das matrizes da figura 5, a focalização sobre cada malha de ondas emitidas de acordo com a invenção pelos transdutores do grupo associado, a figura 7 é uma vista esquemática que ilustra, para uma das matrizes da figura 5, a operação do sistema de anticongelamento de acordo com a invenção no modo de descongelamento, pela técnica de tempo de ida e volta, a figura 8 é uma vista esquemática que ilustra, para uma das matrizes da figura 5, a operação do sistema de anticongelamento de acordo com a invenção em modo redundante através de pares de transdutores, e a figura 9 é uma vista esquemática parcial em corte transversal da estrutura provida com o sistema de acordo com a invenção, ao longo do plano IX-IX da figura 1, que mostra a montagem sobre uma face interna desta estrutura do meio de amortecer acusticamente as ondas emitidas de uma matriz para outra.

A figura 1 mostra um exemplo típico da geometria da área 1 a ser protegida de congelamento ou a ser descongelada sobre uma superfície externa 2 de uma estrutura de avião 3, tal como uma asa de avião ou uma pá de helicóptero, utilizando o sistema de anticongelamento/descongelamento 4 de acordo com a invenção (diagramaticamente representado na figura 4). Esta área 1 permite como o seu eixo geométrico de simetria longitudinal, a linha de bordo de ataque 5 da asa ou da pá e esten de-se sobre cada lado deste eixo geométrico sobre a superfície superior 6 e a superfície inferior 7 da asa, por exemplo.

As figuras 2 e 3 mostram a disposição preferida de acordo com a invenção de duas séries 8 e 9 de transdutores piezoelétricos 10 (isto é, transdutores que podem operar somente no modo de emissão, no modo de anticongelamento, ou também no modo de recepção, no modo de descongelamento) em cada lado desta área 1 e sobre a face interna 11 da estrutura 3 oposta à sua superfície externa 2 a ser tratada. Cada transdutor 10 está projetado para exibir dimensões mínimas, com uma espessura da ordem de meio-comprimento de onda de ultrassom, e é de preferência do tipo de múltiplas camadas com base em materiais cerâmicos.

Estas duas séries 8 e 9 de transdutores estão assim dispostas simetricamente uma à outra em relação à linha de bordo de ataque 5, neste exemplo na direção longitudinal da estrutura 3. Os transdutores 10 de uma e da mesma série 8, 9 estão separados em pares, por exemplo, por 20 cm, e estão supridos por cabos de suprimento de energia elétrica (não-ilustrados) situados dentro da estrutura 3 (na parte inferior da asa de avião ou da pá de helicóptero, por exemplo). De acordo com o tamanho da estrutura 3 e portanto o número de transdutores 10, é possível prever utilizar um coletor de suprimento de energia de superfície inferior e um coletor de superfície superior (não-visível).

Como ilustrado na figura 4, cada transdutor 10 está essencialmente ligado, por um lado, a um gerador elétrico 12 através dos cabos acima mencionados e, por outro lado, a uma memória independente 13 acoplada a algoritmos de computação capazes de calcular a natureza da onda a ser emitida (esta memória independente 13 é utilizada para implementar a técnica de tempo de ida e volta aqui abaixo descrita). Mais ainda, os transdutores 10 estão todos ligados a um dispositivo de gerenciamento eletrônico 14 comum capaz de controlar o meio de escaneamento, tornando possível focalizar, através de um meio de somatório de sinal acoplado a este meio de escaneamento, as ondas emitidas pelos transdutores 10 para as medidas elementares (i, j) predefinidas na área 1 a ser tratada (ver figuras 5 e 6).

Mais ainda, o sistema 4 de acordo com a invenção também vantajosamente inclui um ou mais dispositivos 15 para medir a temperatura da superfície externa 2, porque a temperatura influencia a propagação das ondas dentro do material. As temperaturas medidas por este(s) dispositivo(s) 15 podem assim constituir os dados de entrada para escolher as ondas da sequência de escaneamento para cada transdutor 10.

Como ilustrado na figura 5, a área 1 a ser tratada é inicialmente dividida em pelo menos uma matriz 16 de malhas elementares (i, j) (somente quatro matrizes 16 no exemplo não-limitante desta figura, tendo em mente que seria possível prover mais ou menos matrizes 16), uma malha assim sendo identificada por suas coordenadas (i, j), com i sendo um inteiro que varia de 1 a n e j sendo um inteiro que varia de 1 a m. No caso de uma asa de avião ou de uma pá de helicóptero, esta área 1 pode, por exemplo, exibir uma largura na ordem de 20 cm, e um comprimento que pode estender-se a diversos metros. A ou cada matriz 16 está assim virtualmente subdividida em malhas (i, j) de pequena área de superfície (por exemplo, 1 cm²) oposta àquela da estrutura 3. Se n for utilizado para denotar o número de colunas e m o número de filas, as n colunas estendem-se na direção transversal ao bordo de ataque 5 e as m linhas na direção paralela a esta borda 5.

As malhas de n x m (i, j) estão assim vantajosamente agrupadas juntas em matrizes 16 na direção longitudinal, cada matriz 16 sendo formada faceando um grupo de transdutores piezoelétricos 10, os quais estão subdivididos em uma parte de, cada uma, das acima mencionadas duas séries 8 e 9. Por exemplo, cada matriz 16 pode compreender 1200 malhas (2 na direção transversal, ou sobre uma largura de 20 cm, e 60 na direção longitudinal, ou sobre uma largura de 60 cm). Assim, tal matriz 16 da área 1 a ser tratada será protegida do gelo somente através dos transdutores 10 dispostos faceando diretamente esta matriz 16, e as matrizes 16 de malhas (i, j) serão portanto tratadas independentemente pelo sistema de anticongelamento/descongelamento 4 de acordo com a invenção.

Como pode ser visto na figura 6, onde a ou cada matriz 16 está situada dentro do campo de ação de x transdutores Ti a T₆ (seis destas nes te exemplo não-limitante, ou três transdutores Ti a T₃ no lado de superfície superior e três outros T₄ a T₆ no lado de superfície inferior), o meio de escaneamento acima mencionado torna possível implementar as sequências de escaneamento para a ou cada matriz 16 de malhas (i, j) no modo de anticongelamento, focalizando as ondas emitidas pelos transdutores Ti a T₆ do grupo correspondente destas malhas (i, j) uma após a outra, através do dito meio de somatório de sinal acoplado o qual está projetado para produzir para cada malha (i, j) um somatório dos sinais obtidos dos transdutores Ti a T₆que emitem estas ondas. Este meio de somatório está projetado para recalcular a cada instante o comprimento de onda e a fase dos sinais emitidos por cada transdutor Ti a T₆ de cada grupo dentro da matriz 16 associada, de modo que este meio de escaneamento focalize sincronizadamente sobre cada malha (i, j) a soma das ondas emitidas com uma amplitude máxima para a onda resultante.

Segue agora uma descrição mais detalhada da implementação do método de anticongelamento por meio do sistema de anticongelamento/descongelamento 4 de acordo com a invenção utilizado especificamente no modo de anticongelamento, assumindo uma matriz 16, por exemplo, de 20 x 60 malhas (i, j), ou 1200 malhas.

Ao invés de proteger a matriz 16 em questão do gelo pela utilização destes transdutores T aT₆ para enviar as ondas (estacionárias ou em deslocamento) que têm energia suficiente para descongelar a cada instante a superfície correspondente desta matriz 16 em todos os pontos, uma escolha é feita de acordo com a presente invenção de proteger, cada uma, das malhas (i, j) da matriz 16 do gelo uma após a outra, enviando sincronizadamente através destes seis transdutores Ti a Τθ ondas de menor amplitude mas com um comprimento de onda e uma fase que serão recalculados a cada instante para provocar uma energia máxima sobre a malha (i, j) no instante t então sobre a malha (i+1, j+1) no instante t+1, e assim por diante. Este modo de operação notadamente oferece o benefício de consumir menos energia.

Por exemplo, se o desejo for tratar a malha (i, j) utilizando quatro transdutores (denotados Τ_Ί a T₄) enviando estas ondas, então:

- Ik é utilizado para denotar a distância entre a malha (i, j) e o transdutor T_k (a distância h para k=1 está representada na figura 6);

- λκ é utilizado para denotar o comprimento de onda da onda enviada pelo transdutor T_k (função da velocidade das ondas dentro do material em questão, por exemplo, igual a aproximadamente 5000 m/s em uma estrutura de titânio 3);

- φ_κ denota a fase da onda enviada pelo transdutor T_k e A_k a sua amplitude máxima.

Tomando o instante no qual as amplitudes estão no máximo (e todas ao mesmo tempo), a experiência mostra que a amplitude A_k é insuficiente para assegurar o anticongelamento, devido a um deslocamento gerado sobre as malhas (i, j) o qual é menos do que um mícron. O seguinte aplicase:

U_k (x, t₀) = A_k cos(x/À_k +φ_κ) (x sendo a distância para o transdutor T_k).

A condição desejada para uma situação de anticongelamento sobre a malha (i, j) é dada por:

[l_k - φ_κλ_κ/2π] /λ_κ = E ([l_k - φκλ«/2π] /λ_κ) para todos os k no instante t₀, onde E representa a parte inteira.

Sobre a malha (i, j), a amplitude Uy resultante das ondas em deslocamento obtidas é portanto:

Uy ⁼ I_k A_k, a amplitude esta vez sendo suficiente para assegurar o anticongelamento utilizando o método inventivo.

De acordo com o posicionamento dos transdutores T_k e os parâmetros das ondas injetadas para assegurar o não-congelamento da malha (i, j) (amplitude, comprimento de onda, fase), outras malhas (i, j) podem possivelmente estar em uma situação de não-congelamento.

Preferência é dada à utilização de pacotes de ondas enviados por cada transdutor T_k e já focalizado sobre a malha (i, j) a ser tratada, o que torna possível despender menos energia elétrica.

Assim, de acordo com a geometria escolhida para a área 1 a ser tratada, as sequências de escaneamento de anticongelamento tornam possível otimizar o período de escaneamento. Para dar uma idéia das ordens de magnitude, é possível estimar que cada escaneamento de acordo com a invenção dura aproximadamente um milissegundo, o período de um escaneamento completo de cada matriz 16 de malhas (i, j) então sendo menor do que 1200/1000 = 1,2 segundo. Como este período precisa ser tão curto quanto possível para assegurar uma boa operação no modo de anticongelamento, as dimensões de cada matriz 16 e o número de transdutores T_kpode ser dimensionado de acordo com o período de escaneamento máximo desejado.

Para levar em conta a vida útil limitada dos transdutores piezoelétricos T_k, é vantajosamente possível escolher utilizar estes transdutores T_kcom redundância, como ilustrado na figura 8. Comparado com a modalidade exemplar aqui acima descrita, cada transdutor T_k é neste caso substituído por um par C_k de transdutores X_k e Y_k, dos quais somente um dos transdutores operará (a figura 8 assim ilustra, com referência ao exemplo da figura 6, seis pares de transdutores Ch (Xi ,Yi), C₂ (X₂ Ύ2), C₃ (X₃ ,Y₃), C₄ (X₄ ,Y₄), C₅(X₅ ,Y₅) e C₆ (X₆ Ύβ))·

Assim, antes que o sistema 4 de acordo com a invenção ser colocado em serviço (por exemplo, antes de cada decolagem de avião), é possível utilizar uma fase de teste emitindo qualquer sinal com um dos transdutores X_t, todos os outros transdutores X_k (k sendo diferente de t) então estando no modo de recebimento. Se nenhum dos transdutores no modo de recepção receber um sinal, então o transdutor X_t será declarado ter falhado e o sistema 4 de acordo com a invenção mudará para anticongelamento para 0 outro transdutor Y_t do par de transdutores C_t. A técnica de tempo de ida e volta (aqui abaixo detalhada na parte de descongelamento) pode ser utilizada para refinar a localização da fonte S pelos transdutores no modo de recepção.

Quando colocado em serviço, e de modo a limitar o consumo de energia elétrica e preservar a vida útil dos transdutores T_k, é vantajosamente possível escolher acoplar o sistema 4 de acordo com a invenção somente nas condições de congelamento. Para este fim, é possível utilizar este sistema 4 em modo de detecção pela utilização de um número menor de transdutores T_k e/ou transdutores dedicados (que geram uma energia mais fraca) os quais operam de acordo com a técnica de tempo de ida e volta. Os testes de presença de gelo regulares podem assim ser executados. O benefício de monitorar a presença de gelo com uma rede dedicada é que esta conserva a vida útil dos transdutores T_k de anticongelamento.

Como ilustrado nas figuras 5 e 9, as matrizes 16 de malhas (i, j) adjacentes estão vantajosamente separadas umas das outras por um meio de amortecimento acústico 17, 18 que são pelo menos capazes de evitar a propagação das ondas de uma matriz 16 para outra e o qual compreende tiras de amortecimento 17 com base em um elastômero viscoelástico, tal como o Deltane. Estas tiras de amortecimento 17 são limites opostos respectivamente dispostos entre as matrizes 16, entre a face interna 11 da estrutura 3 oposta à superfície externa 2 a ser tratada e uma placa de suporte metálica 19, feita de titânio, por exemplo. Para uma estrutura que tem 2,5 mm de espessura, a espessura a de cada tira de amortecimento de Deltane 17 tem, por exemplo, 0,5 mm de espessura e a espessura b da placa de suporte de titânio 19 é, por exemplo, também de 0,5 mm. Deste modo, as matrizes 16 são administradas independentemente umas das outras quando implementando o anticongelamento e o descongelamento de acordo com a invenção.

De preferência, estes meios de amortecimento 17, 18 também compreendem margens 18 (visíveis na figura 5) as quais estão também baseadas em um elastômero viscoelástico, tal como o Deltane, e as quais estão dispostas opostas a uma área periférica da área 1 a ser tratada circundando tanto as matrizes 16 quanto os transdutores 10, estas margens de amortecimento 18 sendo projetadas para evitar a reflexão por efeito de borda das ondas emitidas em cada matriz 16. É assim possível simplificar a administração das ondas de anticongelamento dentro de cada matriz 16.

Como uma variante, seria ao contrário possível utilizar a reflexão por efeito de borda, ao redor de cada matriz 16 e dos transdutores 10 correspondentes, para gerar ondas estacionárias nos mesmos.

De acordo com uma característica importante da invenção, é também possível utilizar o sistema de anticongelamento 4 para descongelar a superfície externa 2 da estrutura de avião 3, no caso de congelamento excessivo, de modo a contentar-se com o modo de anticongelamento. Neste caso, o modo de descongelamento é selecionado vantajosamente implementando a técnica de tempo de ida e volta. Ao contrário do modo de anticongelamento anteriormente descrito, o objetivo aqui é localizar os pontos de formação de gelo e tratá-los conforme estes aparecem.

Referindo à figura 7, o princípio de tempo de ida e volta está baseado na natureza multimodal e dispersiva das ondas de ultrassom. Este consiste em ouvir os sinais que vêm de uma fonte S, captando estes sinais utilizando um transdutor piezoelétrico T_k e armazenando-os em uma memória interna. Estes sinais podem então ser invertidos (isto é, no sentido de uma cronologia inversa) e re-emitidos após a inversão. Pode ser visto que a onda assim retornada e re-emitida utiliza o mesmo percurso retornando que esta utilizou ao sair e é refocalizada sobre o ponto de origem S. Isto implica em utilizar os transdutores reversíveis T_k, isto é, os transdutores que podem funcionar sucessivamente em modo de recepção e em modo de emissão. O tempo de ida e volta está baseado na singularidade de resposta de acordo com o lugar de emissão. Mais ainda, uma escolha é vantajosamente feita para comprimir a onda recebida antes de re-emiti-la, para concentrar a energia sobre este ponto de origem S. O tempo de ida e volta pode assim ser explorado para produzir o mapa das assinaturas acústicas de uma superfície anteriormente não-sonificada:

A operação do sistema 4 de acordo com a invenção no modo de descongelamento é portanto como segue:

- na ou em cada matriz 16 de malhas (i, j), um ou mais transdutor(es) Ti que atua(m) como emissor(es) emite(m) uma onda de ultrassom,

- esta onda atravessa o percurso da singularidade S provocado pelo acúmulo local de gelo sobre a superfície externa 2 a ser tratada da es16 trutura 3,

- os outros transdutores T₂ a T₆ da matriz 16, os quais então operam no modo de recepção, recebem um sinal que origina desta onda, e

- este sinal recebido é invertido e comprimido para retornar para a singularidade S, a energia devidamente refocalizada tornando possível efetivamente soltar o gelo da estrutura 3.

Será novamente notado que o sistema 4 de acordo com a invenção também torna possível reduzir o consumo de energia no modo de descongelamento, comparado com os sistemas de descongelamento existentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de anticongelamento (4) que utiliza ondas de ultrassom para uma superfície externa (2) de uma estrutura (3) provavelmente a ser congelada, tal como uma asa ou uma nacele de motor de um avião, este sistema compreendendo uma pluralidade de transdutores piezoelétricos (10, Tr, Xk, Y_k) com os quais a estrutura está equipada faceando esta superfície externa, caracterizado pelo fato de que este compreende um meio de escanear pelo menos uma matriz (16) de malhas elementares (i, j) predefinidas nesta superfície relativa a uma disposição regular de um grupo destes transdutores, este meio de escaneamento sendo capaz de focalizar as ondas emitidas por todos os ou alguns dos transdutores do ou de cada grupo sobre estas malhas uma após a outra, através de um meio de somatório de sinal acoplado a este meio de escaneamento e capaz de produzir, para cada malha, um somatório dos sinais obtidos dos transdutores que emitem estas ondas.
2. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que este meio de somatório é capaz de recalcular a cada instante o comprimento de onda e a fase de cada sinal emitido por cada transdutor (10, T_k, Xk, Yk) do ou de cada grupo dentro da ou de cada matriz (16) associada, de modo que este meio de escaneamento focaliza em um modo sincronizado sobre cada malha (i, j) a soma das ondas emitidas com uma amplitude máxima para a onda resultante.
3. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os ditos transdutores (10, T_k, Xk, Y_k) estão montados sobre uma face interna (11) da dita estrutura (3) a qual é oposta à dita superfície externa (2).
4. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o ou cada grupo de transdutores (10, T_k, Xk, Yk) associados a ou cada matriz (16) de malhas (i, j) compreende duas séries (8 e 9) de transdutores respectivamente dispostos faceando e opostos a duas bordas periféricas paralelas da dita superfície externa (2) que são externas á matriz correspondente.
5. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada uma das duas séries (8 e 9) dos transdutores (10, T_k, X_k, Y_k) compreende uma pluralidade de pares (C_k) de transdutores uniformemente espaçados em uma direção da matriz (16) correspondente, um dos dois transdutores (Y_k) de cada par sendo designado para substituir o outro transdutor (X_k) caso o último falhe.
6. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que cada transdutor (10, T_k, X_k, Y_k) do dito ou cada grupo é alimentado por um gerador elétrico (12) por meio de cabos alojados na dita estrutura (3), e está conectado a uma memória (13) acoplada a um computador designado para calcular os parâmetros da onda a ser enviada para cada malha (i, j), todos os transdutores estando ligados a um e o mesmo dispositivo de gerenciamento eletrônico (14) capaz de controlar estes meios de escaneamento de acordo com sequências de escaneamento determinadas.
7. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que este compreende pelo menos um dispositivo (15) para medir a temperatura da dita superfície externa (2) o qual está acoplado no dito dispositivo de gerenciamento (14), para definir as ondas utilizadas em cada sequência de escaneamento.
8. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que este também compreende um meio de amortecimento acústico (17, 18) que é pelo menos capaz de evitar a propagação das ditas ondas emitidas de uma das matrizes (16) para as outras matrizes adjacentes.
9. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito meio de amortecimento (17, 18) compreende tiras de amortecimento de separação (17) entre as matrizes (16), as quais estão de preferência cada uma baseada em um elastômero viscoelástico, tal como o Deltane, e as quais estão respectivamente dispostas opostas a limites entre as matrizes, entre uma face interna (11) da dita estrutura (3) oposta à dita superfície externa (2) e uma placa de suporte (19), de preferência metálica.
10. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito meio de amortecimento (17,

18) também compreende margens de amortecimento (18), as quais estão de preferência, cada uma, baseadas em um elastômero viscoelástico, tal como o Deltane, e as quais estão dispostas opostas a uma área periférica da dita superfície externa (2) que circunda ambas as ou cada matriz (16) e transdutores (10, T_k, X_k, Yk) associados, estas margens de amortecimento sendo capazes de evitar a reflexão por efeito de borda das ditas ondas emitidas em cada matriz.
11. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o ou cada grupo de transdutores (10, T_k, Xk, Yk) compreende transdutores reversíveis os quais são sucessivamente capazes de emitir e receber as ditas ondas, especificamente para detectar por tempo de ida e volta a presença de áreas congeladas (S) sobre a ou cada matriz (16).
12. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que este também é capaz de descongelar sucessivamente as ditas áreas congeladas (S) após a detecção das últimas por tempo de ida e volta, pelo menos um dos transdutores (10, T_ki Xk, Yk) que opera como emissor e os outros como receptores, este sistema compreendendo um meio de armazenamento de sinal emitido acoplado a um meio de compressão e inversão de sinal armazenado, o dito meio de escaneamento sendo capaz de refocalizar estes sinais invertidos e comprimidos na direção das ditas áreas congeladas.
13. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que cada um dos transdutores (10,T_k,X_kl Yk) é um transdutor piezoelétrico de múltiplas camadas com base em um material cerâmico.
14. Sistema de anticongelamento (4) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que este compreende uma rede formada por uma pluralidade de matrizes (16) cada uma compreendendo uma multiplicidade de malhas (i, j), as últimas estando, por exemplo, presentes em um número entre 500 e 5000 em cada matriz.
15. Estrutura de avião (3) provável de ser congelada sobre a sua estrutura externa (2), tal como uma superfície de asa ou de nacele de motor, caracterizada pelo fato de que esta incorpora um sistema de anticongelamento (4) como definido em uma das reivindicações precedentes.
16. Estrutura de avião (3) que forma uma asa de avião de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que cada grupo de transdutores (10,T_k, X_k, Y_k) associado a ou cada matriz (16) compreende duas séries (8 e 9) de transdutores respectivamente dispostos sobre os lados de superfície superior (6) e de superfície inferior (7) opostos a duas bordas periféricas paralelas da dita superfície (2), as quais são externas a esta matriz, os transdutores de cada série estando uniformemente espaçados em uma direção longitudinal da estrutura e estando acoplados a respectivamente dois coletores de fonte de alimentação elétrica de superfície superior e superfície inferior.
17. Método de anticongelamento que utiliza ondas de ultrassom para uma superfície externa (2) de uma estrutura (3) provavelmente a ser congelada, tal como uma asa ou uma nacele de motor de um avião, este método utilizando uma pluralidade de transdutores piezoelétricos (10,T_k, X_k, Y_k) com os quais a estrutura está equipada adjacente a esta superfície, caracterizado pelo fato de que este principalmente compreende:

- uma emissão de ondas em deslocamento, em pelo menos uma matriz (16) de malhas elementares (i, j) predefinidas nesta superfície externa em relação a uma disposição uniforme de um grupo destes transdutores, por todos ou alguns dos últimos,

- um somatório, para cada malha desta matriz, de sinais obtidos dos transdutores que emitem estas ondas e representativos dos últimos, e

- pelo menos um escaneamento desta matriz, para focalizar as ondas em deslocamento resultantes emitidas destas malhas uma após a outra.
18. Método de anticongelamento de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que cada escaneamento da ou de cada matriz (16) é executado em um modo sincronizado recalculando a cada instante o comprimento de onda e a fase dos ditos sinais para maximizar a energia vibratória sobre cada uma das malhas (i, j) com uma amplitude total máxima para o sinal resultante, de preferência correspondendo a um deslocamento gerado sobre estas malhas igual a ou maior do que 1 pm.
19. Método de anticongelamento de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que as dimensões da ou de cada matriz (16) e o número dos transdutores (10,T_k, X_k, Y_k) dentro de cada grupo associado são escolhidos de acordo com o período de escaneamento máximo desejado.
20. Método de anticongelamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pelo fato de que os transdutores (10,T_k, X_kl Y_k) emitem pacotes de ondas focalizados sobre cada malha (i, j) da ou de cada matriz (16) a ser tratada, as frequências das quais estão entre 100 kHz e 5 MHz.
21. Método de anticongelamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizado pelo fato de que a temperatura da dita superfície externa (2) é medida para escolher as ondas da sequência de escaneamento para cada transdutor (10,T_k, X_k, Y_k).
22. Método de anticongelamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade das matrizes (16) é definida sobre a dita superfície externa (2), a qual cada matriz compreende uma multiplicidade de malhas (i, j), por exemplo, presentes em um número entre 500 e 5000 em cada matriz.
23. Método de anticongelamento de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que, entre os pares adjacentes de matrizes (16), as ondas emitidas em uma destas são amortecidas para evitar a sua propagação para a matriz adjacente.
24. Método de anticongelamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 23, caracterizado pelo fato de que as ondas emitidas em cada matriz (16) são amortecidas para evitar a reflexão por efeito de borda, ao redor desta matriz e dos transdutores (10,T_k, X_k, Y_k) correspondentes.
25. Método de anticongelamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 23, caracterizado pelo fato de que a reflexão por efeito de borda, ao redor de cada matriz e dos transdutores (10,T_k X_k, Y_k) correspondentes, é utilizada para gerar as ondas estacionárias.
26. Método de anticongelamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 25, caracterizado pelo fato de que pares (C_k) de transdutores (10,T_k. X_k, Y_k) estão providos, uniformemente espaçados em uma direção da matriz (16) correspondente, um dos dois transdutores de cada par sendo utilizado para substituir o outro transdutor caso o último falhe.
27. Método de anticongelamento de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que testes são executados antes de implementar o anticongelamento, que consistem em:

- emitir um sinal com um transdutor de emissão a ser testado incluído em um par (C_k) de transdutores (1,T_k X_k, Y_k) associados a ou cada matriz, todos os outros transdutores do grupo correspondente sendo utilizados em um modo de recepção e, neste caso, em

- verificar para ver se pelo menos um destes transdutores (X_k) no modo de recepção não recebe este sinal, de preferência utilizando a técnica de tempo de ida e volta para refinar a localização da fonte de emissão pelos transdutores no modo de recepção, e

- ter a implementação do anticongelamento mudada para o outro transdutor de emissão (Y_k) devido à falha do transdutor (X_k).
28. Método de anticongelamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 27, caracterizado pelo fato de que é também implementado um descongelamento da dita superfície externa (2) pela técnica de tempo de ida e volta, para a ou cada matriz (16) de malhas (i, j);

- tendo uma onda emitida para pelo menos um transdutor (Tj) utilizado no modo de emissão associado a ou cada matriz, esta onda encon trando uma singularidade provocada por um ponto de formação de gelo (S) sobre esta matriz,

- captando, por todos ou alguns dos transdutores (T₂ a T₆) associados a esta mesma matriz e utilizados no modo de recepção, o sinal repre-

5 sentativo desta onda que encontrou a sua singularidade, e armazenando este sinal em uma memória interna, e

- invertendo e comprimindo este sinal para refocalizar a onda que corresponde a este sinal invertido e comprimido na direção da dita singularidade,

10 para descongelar sucessivamente os pontos de gelo conforme estes formam, após estes terem sido localizados.
29. Método de anticongelamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 28, caracterizado pelo fato de que cada um dos transdutores (10,T_kX_k, Y_k) exibe uma espessura, medida na direção da es15 pessura da estrutura (3), a qual é da ordem de um meio-comprimento de onda de ultrassom.