用于结冰预测和控制的系统和方法
用于结冰预测和控制的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种结冰预测和控制的系统和方法，特别是涉及在例如飞机等交通工 具中预测结冰和控制结冰的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 积聚在飞机表面上的冰会是重大安全隐患。积聚在机翼、发动机入口、空气数据探 头上、以及其他可能表面上的冰能改变飞机的操作特性，使得飞机陷入不能安全起飞或在 飞行的时继续操作的危险境地。冰能够形成在飞机的前缘上，增加熄火情况的可能性并且 增加阻力。因此，在某些条件下，在飞机某些表面上结冰或结冰的可能性会是严重的安全问 题。
[0003] 传统的冰的检测、移除和防止技术会涉及化学制品的使用，诸如加热的以水稀释 以移除冰的乙二醇和用于在移除之后减少积聚冰的可能性的未加热的、未稀释的乙二醇。 传统的技术也可以涉及建立在机翼或其他机翼前缘表面内的加热元件。加热元件可以是通 过分散在机翼结构内的管道流动的热空气。热空气被设计成使表面变热，使得积冰融化或 在第一位置中防止结冰。
[0004] 另一种加热元件技术可以是建立在机翼表面内的线缆或线缆网状结构。电流可以 穿过线缆或线缆网，使得热量积聚。热量如果充分的话，则能够融化积冰或防止冰的积聚。 另一种技术是使用物理振动移除冰。例如，除冰器（deicing boot)能够在飞机表面上膨胀。 膨胀引起冰破裂，因此从飞机上除冰。在另一实施例中，能够激活电气变换器，以引起瞬时 的物理振动，以类似于除冰器的方法使冰破裂。
[0005] 传统的检测和除冰技术可能具有一些限制。例如，使用热空气的解决方案经常需 要对飞机的结构的改造或添加。这些解决方案也可能受到低效率的影响。在另一实施例中， 使用线缆或线缆网的加热技术可能具有低可靠性，这是由在飞机的正常操作期间该技术对 振动和移动的敏感性引起的。因为将线缆或线缆网与飞机结构集成经常需要额外的制造步 骤，所以这些类型的加热解决方案也能够显著地增加制造的成本。化学制品的使用也可能 具有限制。用于为飞机除冰的化学制品经常是不环保的，当使用时，需要使用化学污染防治 系统以防止或减少污染环境的可能性。
[0006] 针对这些考虑和其他考虑，在此提出了本公开。
【发明内容】
[0007] 应当认识到，提供本
【发明内容】
以在以简单的形式介绍下面细节说明书中进一步描 述的概念的选择。本
【发明内容】
并不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
[0008] 根据本文中公开的实施方式，提供了测冰和除冰系统。测冰和除冰系统可以包括： 加热基体（susceptor)，可响应于涡电流操作以增加温度；具有居里温度的检测基体，该居 里温度用于在期望的温度处改变检测基体的磁特性；以及线圈，被操作为可响应于随着基 体的温度从居里温度以上改变到居里温度以下而检测基体的磁特性发生改变，在加热基体 中感应涡电流。
[0009] 根据本文中公开的另一实施方式，提供了用于操作测冰和除冰系统的方法。方法 可以包括：操作在飞机外部飞行表面上具有一个或多个基体的飞机；检测该一个或多个基 体的温度减少到该一个或多个基体的居里温度以下引起的该一个或多个基体的磁特性方 面的改变；基于在磁特性方面的改变计算温度改变；确定在飞机外部飞行表面上结冰的可 能性；将涡电流感应到一个或多个基体以在一个或多个基体内产生热量；维持涡电流的感 应直至达到设置的点；以及一旦达到设置的点移除所感应的涡电流。
[0010] 根据本文中公开的又一个实施方式，提供了飞机机翼前缘。飞机机翼前缘可以包 括：防腐蚀涂层，可操作以减少腐蚀；加热基体，可操作为响应涡电流形成，引起加热基体 的温度增加；具有居里温度的检测基体，该居里温度用于表示在检测基体的温度方面的改 变；复合结构，可操作以支撑测冰和除冰系统的一个或多个部件；绝缘层，安装在检测基体 和复合结构之间；线圈，可操作以感应在加热基体中的涡电流；交流电源，可操作为使线圈 通电以提供磁通量来感应在加热基体中的涡电流以增加加热基体的温度；以及集中器，可 操作以相互影响并且修改由线圈产生的磁通量以朝向加热基体聚集磁通量。
[0011] 已经讨论的特征、功能和优势可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，可以 参考以下描述和附图了解本公开的更多细节。
【附图说明】
[0012] 根据详细描述和附图将更加全面地理解本文介绍的实施例，其中：
[0013] 图1是根据本文中公开的至少一个实施方式的测冰和除冰（"IDD"）系统的截面 图。
[0014] 图2是根据本文中公开的至少一个实施方式的IDD系统的实例温度曲线。
[0015] 图3是根据本文中公开的至少一个实施方式的可选IDD系统的侧视图。
[0016] 图4是根据本文中公开的至少一个实施方式的IDD系统的分解立体图。
[0017] 图5是根据本文中公开的至少一个实施方式的安装在飞机机翼上的IDD系统的部 分截面图。
[0018] 图6示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的用于操作IDD系统的操作程序 的一种配置。
[0019] 在本申请中介绍的多个图示出了本公开的实施方式的变体和不同方面。因此，在 每个示意图上的详细说明将描述识别在对应示图中的差异。
【具体实施方式】
[0020] 以下的详细说明是针对用于预测并且控制在飞机表面上结冰的直接系统和方法。 在一些构造中，本公开利用改变磁特性来检测导致或起因于飞机表面上的结冰的温度条 件。在其他构造中，本公开响应于结冰条件的检测利用感应加热以增加飞机表面的温度。在 一些实施方式中，通过感应加热在温度方面的增加能够减少形成在飞机表面上的冰的量， 或在其他实施方式中，增加飞机表面的温度以防止、或减少结冰的可能性。现在将参考附图 介绍本公开的多个方面。
[0021] 图1是根据本文中公开的至少一个实施方式的测冰和除冰（"IDD"）系统100的 截面图。应注意，如目前公开的主题的各种构造可以与未在本文中具体公开的其他系统分 别使用，本公开不限于同时执行测冰和除冰两者的系统。例如，本公开的各种方面可以提供 测冰系统，该测冰系统能够与包含反结冰功能的其他除冰系统结合使用。
[0022] 以类似方式，本公开的各种方面可以提供可以结合未在本文中公开的其他冰条件 检测系统使用的除冰系统。此外，应当理解，当提及"测冰"时，本公开不限于冰形成在飞机 表面上的操作。在操作中可以使用测冰方面以检测在飞机表面上可能有利于导致结冰的条 件。
[0023] 参考图1，在一些构造中，IDD系统100是多层系统，被设计为检测在飞机外表面上 有利于结冰的条件，或检测形成在外表面上的冰。此外，在一些配置中，可以具有增加一个 或多个层的温度的能力以减少结冰的可能性，或至少部分地融化形成在飞机表面上的冰。
[0024] 在图1中示出的构造中，IDD系统100包括防腐蚀涂层102。防腐蚀涂层102用作 暴露到环境（或周围空气）的耐腐蚀保护层。例如，防腐蚀涂层102可以是设计成能承受 物理损坏并且是化学惰性的相对硬的聚合物或塑料。在一些构造中，防腐蚀涂层102以铝、 铁、钛、或其他耐腐蚀的铁氧体金属或金属合金来构成。目前公开的主题并不对防腐蚀涂层 102的任何具体构造材料有所限制。
[0025] 加热基体104接近于防腐蚀涂层102安装。如以下更详细地描述，加热基体104 被以允许其磁特性受温度改变的影响的方式构造。磁特性的改变可以是用于检测表示或有 利于结冰的条件的可测量改变。在一些构造中，加热基体104的磁特性也被配置为当放置 在适宜的磁场内时引起加热基体104的温度增加。
[0026] 检测基体106接近于加热基体104。如以下更详细地描述，检测基体106也被以允 许检测基体106的磁特性基于温度改变而改变的方式构建。在一些构造中，检测基体106 的磁特性也被配置为当放置在适宜的磁场内时引起加热基体104的温度的增加。
[0027] 绝缘体108层接近于检测基体106,该绝缘体108层可以用作在检测基体106和 复合结构110之间的绝缘体。在一些实施例中，绝缘体108可以是诸如气凝胶、聚氨酯泡沫 (urethane foam)、或其他热绝缘材料的适宜绝缘材料。在其他实施例中，绝缘体108可以 是石墨烯或由石墨烯形成的复合材料。复合结构110 可以是多层支撑结构以支撑IDD系统 100的各种部件。在一些实施例中，复合结构110类似于用于制造飞机其他零件的复合结 构。在一些构造中，绝缘体108和复合结构110可以不包含在IDD结构中。
[0028] 线圈112接近于复合结构110而安装。如以下更详细的说明，线圈112可以是一 个或多个线圈，可以用来以检测在各种层的磁特性方面的改变，和/或可以用来将涡电流 感应入IDD系统100的一个或多个层以增加一个或多个部件的温度。
[0029] 应当理解，本公开可以包括比在图1中示出的层更多或更少的层。此外，应当理 解，在图1中示出的一些层仅以示出的目的分别从其他层示出并且不将本主题的范围限制 于这种构造。例如，加热基体104和检测基体106可以集成为单层并且可以通过相同的子 部分执行。
[0030] 如上所述，图1的IDD系统100被配置为利用加热基体104、或检测基体106、或两 者的磁特性的改变，来测量温度效应以确定飞机的外部条件是否有利于结冰、或已经形成 结冰。在一种构造中，加热基体104或检测基体106、或两者是具有在期望的温度水平处的 居里温度的金属或金属合金。如本文中使用的，"居里温度"能够定义为在其以上铁磁畴消 失的温度。"铁磁畴"是在其内所有分子磁矩处于相同方向的微观区域。"居里温度"也能 够定义为材料的内在磁矩改变方向的温度。应当理解，由于定义可以根据包括、但不限于科 学的具体领域或使用术语的区域的各种因素改变，所以目前公开的主题不取决于居里温度 的特定定义。
[0031] 材料的通过居里温度的转换还能够影响具有该材料作为一部分的电子电路的谐 振频率，在一些构造中，当在电路中的一种或多种金属受到他们相应的居里温度的影响 时，该电子电路可能提供在电路输出方面的差异。例如，百分之95镍和百分之5络的合 金可以具有少于160F的居里温度。当从160F冷却至32F时，合金的磁导率（magnetic permeability)以几个幅度级增加，因此影响由电路所见的等价阻抗。
[0032] 在合金的磁特性方面的这种改变能够是可检测的。如果如此配置，则居里温度可 以是作为有利于、或表示在防腐蚀涂层上结冰的温度条件的标志。例如，上述镍/铬合金可 以在百分比方面进行调整、或加入其他金属，以根据期望向上或向下移动居里温度。因此， 金属的或金属合金的居里温度可以与有利于结冰的温度匹配。
[0033] 在一些构造中，IDD系统100的一个或多个层可以执行测冰功能。在图1中在一 个实施例中，检测基体106可以是一种以提供这样的居里温度的方式构建的金属或金属合 金，即，当检测该居里温度时该居里温度指明有利于结冰的条件。防腐蚀涂层102外部的冷 空气可以降低IDD系统100的温度，使得通过热量传递，检测基体106的温度降低到检测基 体106经过检测基体106的居里温度的点。在一些构造中，加热基体104的居里温度可以 大于检测基体106的居里温度。但是，应当理解，可以调整各种层的居里温度以实现期望的 结果。
[0034] 在一些构造中，加热基体104可以结合、或替换检测基体106用作检测器。加热基 体104或检测基体106可以由各种铁磁金属或金属合金形成。在其他构造中，如果防腐蚀 涂层102由例如响应于磁场的铁磁材料建构，则可以省去检测基体106或加热基体104,因 为他们的功能可以类似于上述针对检测基体106的方式通过防腐蚀涂层102提供。在又一 构造中，如果由合适的金属或金属合金建构，则单层可以执行上述检测功能和以下描述的 加热功能。
[0035] -旦检测到条件有利于结冰，则最好是加热安装IDD系统100的飞机的特定表面。 为了产生热量，IDD系统100利用感应式加热。交流电流被引入到线圈112。如果引入足够 的电流电平，如果以合适金属建构，则线圈112的磁场在防腐蚀涂层102、加热基体104、和 /或检测基体106中产生循环涡电流。
[0036] 循环涡电流的流动受到防腐蚀涂层102、加热基体104、和/或检测基体106的电 阻率的影响。涡电流和磁滞效应能够使得热量建立在特定层中，因此提高特定层的温度。 在一些构造中，可以安装集中器（concentrator) 114以朝向加热基体104、和/或检测基体 106反射、或聚集由线圈112产生的磁场。集中器114也可以帮助将其他部件（未示出）与 由线圈112产生的磁场隔离。
[0037] 在一些构造中，居里温度和/或感应式加热的使用相比于传统的防结冰系统可以 提供一些好处。在一个实施例中，结构部件居里温度的使用可以降低、或消除安装温度检测 设备的必要性，安装温度检测设备可能降低部件的完整性同时增加它的重量。以类似方式， 感应式加热可以减少或消除安装加热元件的必要性。
[0038] 图2是根据本文中公开的至少一个实施方式的IDD系统100的实例温度曲线200。 温度曲线200具有对应于温度的T轴和对应于距离的D轴。温度曲线200使用薄壳近似 (thin shell approximation)示出了温度曲线，因此温度数据在各种层上示出为直线，但 虽然应注意，温度曲线200能够拓展以在结构尺寸上包括温度的二次关系式而不丢失概括 性。应当理解，温度曲线200仅是示例性的并且不旨在将本公开的范围限于符合在温度曲 线200中示出的数据的所示斜率的系统。距离De对应于暴露到环境的防腐蚀涂层102的 外表面。在外部空气小于在复合层处温度的环境中示出了温度曲线200。
[0039] 曲线1是在IDD系统多个层的任何居里温度以上的温度处IDD系统100的初始温 度曲线。Tel是防腐蚀涂层102外表面的温度。TSHl是在防腐蚀涂层102和加热基体104 的界面处加热基体104的温度。TSDl是在加热基体104和检测基体106的界面处检测基体 106的温度。Tcoml是在检测基体106和复合结构110的界面处复合结构110的温度。
[0040] 如图2所示，加热基体104和检测基体106两者在曲线1中的表面温度分别处于 他们相应的居里温度Tc(SH)和Tc(SD)以上。在此温度下，加热基体104和检测基体106 的磁场特性示出了相对较高的温度，即，在他们相应的居里温度以上的温度。
[0041] 曲线2是当外部温度减少时可以得出的温度曲线。减少的外部温度可以将Tel减 少至Te2。通过热量传递的物理过程，在温度方面从Tel至Te2的减少可以引起IDD系统 100上的在其他温度方面的减少。例如，TSHl从TSHl减少至TSH2, TSDl减少至TSD2并且 Tcom 1减少至Tcom2。应当理解，曲线1和曲线2仅是说明性的并且不旨在示出准确或具 体的热量转移率或各种层间的热量转移的斜率。
[0042] 由于温度TSDl减少至TSD2,检测基体106的部分具有在检测基体106的居里温度 Tc(SD)以下的温度。当温度在其居里温度以下时，Tc(SD)可以引起在检测基体106的磁特 性方面的改变。这种改变可以各种方法检测并且用于确定在Te2处的温度是否在或有利于 或表示结冰的温度处或以下。这可以使用IDD系统100上的热量转移系数和热量平衡等式 确定。
[0043] 如通过在图2中的实施例所示，和在薄壳近似上的假设，通过防腐蚀涂层的温度 可以使用表明飞机增加海拔高度的同时外部温度减少的等式1. 1表明：
[0044] Te= T S1 (I- Q EhE) (1.1)
[0045] 在等式I. 1中，hE是防腐蚀涂层的厚度，并且α E是针对由其建立涂层的材料专有 的热力学常数。αΕ是热导率和特定热容量的特性。通常，a 定义在TjPTsi之间的斜 率，由于薄壳近似假设，该斜率通常为线性的。
[0046] 类似的可以适用于其他基体层：
[0049] 等式1. 2和1. 3的系数α E、a S1、a S2可以由数值模拟或由实验定义。在 一些情况下，如果需要比薄壳近似更准确的模式，则热量流动可以是由等式2表示：
[0047]
[0048]
在此，q*(x，y，z)是定义层内发热量与热容量 csl，S2和材料的密度P S1，S2乘积之比的比例的项。因此，等式（1)将具有关联于由于感应加 热引起的热量产生的项：
[0050] Ti= Tjd-α Jhi)+q*i；i = E ；j = SI ( 3)
[0051] i = SI ；j = S2
[0052] i = S2 ；j = COM
[0053] 由等式3定义的系统（而不指定源qj的热量密度）可以提供在IDD系统100每 个层内部的温度分布的描述。如果热量产生源的强度可以忽略，则可以使用等式1。不过， 在一些构造中，等式1是有效的直至存在诸如安装在复合结构110和检测基体106之间的 绝缘体108的良好的热绝缘体（或检测基体106是相对良好的热绝缘体）或复合结构110 防止热量通过其流动从而使-δΤ/δη = 0,其中，η是外法线。在这种情况下，可能需要等 式3。
[0054] 在某些飞机操作期间复合结构110所暴露于的温度实际上能够根据需要或期望 限于复合结构110的工作温度、或其他温度。这可能涉及检测基体106的温度及其尺寸与 材料特性，使得如果TSD接近这个限制，则可以关掉所有qi (在加热基体104、检测基体106 和防腐蚀涂层102内部的热量源）。因此，在这样构造中，等式1能够如下布置成等式4 :
[0055]
[0056] 在稳定状态中的系数α仅取决于厚度h和具体热容量Cp。然而，如果厚度h不是 可变的，则能够从热容量测量实验中找出α。
[0057] 因此，等式⑷能够用于定义在TOT、Tsl、Ts2、和1之间的比例。通过类比解决等 式（3)的系统，在防腐蚀涂层102、加热基体104、检测基体106和复合结构110之间的边界 处任何感兴趣点的任何点处的温度可以通过得知在一个层处的温度和内部产生在加热基 体104和检测基体106内部的热量率而确定。
[0058] 在一些自动控制应用中热量产生的作用可以是有用的。如上所述，如果热量传递 系数（q' s)是零（在（4)中的q' s是零而可以计算出1^或Te)，则在界面之一处已知的 物理参数和温度可以帮助确定在其他层处的温度。
[0059] 通过涡电流产生在加热基体104中的热量也可以进行分析。涡电流的涡旋性质可 以导致产生有功和无功损耗。在磁性材料中，磁滞损耗除了促进有功损耗之外也可以促进 温度上升。无功损耗与等价电感Lrai和一些平均的等价电流I %成比例为L y^/2。与有功 损耗相反，感应损耗不促进产生在加热基体104内部的热量。
[0060] 有功损耗与相同电流Irai和等价电阻Req成比例为损耗的两个源可以被识 另IJ，因为其促进由电路（按图1)经受并且因此由连接到线圈的电源经受的等价阻抗Zeq。在 磁性材料中，如等式5所示，热量生成q也是磁滞损耗的函数，即与频率f和磁场1成比例。
[0061] 因此，有功损耗：
⑶
[0062] 无功损耗：
[0063] 在等式5中，Kh是具体针对每种材料的磁滞常量，并且8111是具有指定的边界和针 对线圈的独特的的几何图形、材料和位置是独特的初始条件的一组Maxwell等式的解。使 用等式5,可以使用等式6找出等价阻抗、并且从而找出IDD系统100的加热容量。
[0064] Zeq= Req+i*2*Pi*f*Leq (6)
[0065] IDD系统100可以各种方法操作。例如，用于测冰和除冰条件的普通方法可以如 下。在本实施例中，加热基体104、检测基体106、线圈112和电源（未示出）形成谐振电路。 谐振频率增加接近于特定基体层的磁导率的平方根。
[0066] 感应电源可以设计为具有内部线路和控制算法以在谐振频率找出并且操作。如果 特定基体的温度达到其接近较低范围的居里温度时，则材料的磁导率以幅度级下降，因此 转换谐振频率。同样，如果温度下降并且从较高范围达到居里温度，则材料的磁导率以幅度 级上升，因此也转换电源输出的谐振频率。
[0067] 可以是监测的另一个效果是在弱磁场中温度改变同时一些铁磁的磁导率的灵敏 度。磁导率随着温度增加或减少。在这种情况下，除了测量频率之外，可以测量由电源感测 的全部阻抗的改变。在一些配置中，控制IDD系统100加热方面的方法可以基于检测谐振频 率或阻抗方面的改变并且区分具体的针对如以下示出的实施例的两个基体层的对应过程。
[0068] 对应于在防腐蚀涂层102的表面上结冰条件的温度能够改变在加热基体104、检 测基体106或复合结构110的界面处的温度。能够通过将电源输出频率（或阻抗）与预定 频率（阻抗）比较检测温度的改变，该预定频率是根据基体合金和线圈112的设计。能够 制成形成检测基体106的金属或金属合金，以使得当在防腐蚀涂层表面处的温度TE达到结 冰条件即，在32F附近时，检测基体106的居里温度将对应于在图2上示出的温度曲线，而 不限定其准确度。
[0069] 如果检测基体106被用于自动地打开感应加热系统，则然后在一些构造中，监测 由于检测基体106的磁导率的改变而导致的在电源中的谐振频率（和/或阻抗）方面的改 变可以是有用的。如果温度减少（在已经执行除冰或抗结冰功能之后在起飞或着陆期间） 并且达到检测基体106的居里温度，则在一些构造中，监测由于检测基体106的磁导率的显 著上而导致的频率（阻抗）转换可能是有利的。
[0070] 可以使用电源的持续运行或当脉冲具有持续时间并且在他们之间的间隔足够确 定存在结冰有利的条件时使用脉冲方案，来实现谐振频率和阻抗转换的监测。例如，每5-10 秒应用具有长于电路瞬态过程的持续时间的脉冲足可以表示结冰条件。
[0071] 如果在由电源检测到的谐振频率（阻抗）方面的改变是由于在检测基体106的磁 导率方面的改变引起的，则电源（或单独的电源）能够为加热基体104提供具有预定的谐 振频率的输出。可以考虑由IDD系统100的包括复合结构110的各层可容忍的工作温度的 上限来选择关闭系统的加热基体104的居里温度。
[0072] 例如，加热基体104的居里温度能够选择为150F-180F，在该温度上复合材料的结 构强度能够折衷。通过分析图1和以上阐述的等式能够定义加热基体104的精确居里温 度。可选地，加热基体104的居里温度能够足够高以在层中支持热电容式能量存储，增加冷 却时间，并且因此减少占空比同时增加效率。在加热基体104加热至其居里温度之后，根据 控制算法能够关闭或能够打开电源。
[0073] 如果电源被手动调节、或被配置为使用谐振频率运行、或是在校准操作程序期间， 可以使用另一个实例方式运行图1的IDD系统100。本方法基于当在加热基体104和/或 检测基体106中的温度达到其相应的居里温度时，通过电源监测在阻抗Zeq的改变。针对加 热基体104和检测基体106的居里温度的选择可以类似于上述过程。在材料的磁导率方面 的改变也能够按等式6导致阻抗Zrai和其部件方面的改变。如果阻抗Z %改变，则在电流和 电压之间的相移和他们的幅度也改变。如果检测基体106用于打开系统，则由于磁导率的 上升，发生在电流和电压之间的相位和他们的幅度方面的改变。如果加热基体104用于关 闭系统，则由于磁导率的减少发生在电流和电压之间的相移方面的改变。因此，本方法基于 监测电压、电流、和在电压与电流之间的相移。
[0074] 如上所述，两个基体设计的一些配置能够使用一个基体层测量温度并且另一个基 体层感应热量。这导致总体需求：检测基体106的居里温度应当总体上低于加热基体的居 里温度直至可以导致总体系统效率的减少的他们的功能相互交换。为了实现足够的温度灵 敏度，结合层的依靠温度的有效磁导率优选地可能需要在32F-42F的范围中对温度灵敏。 加热层可以具有在这个范围在温度处对温度相对不灵敏的大磁导率。加热层可以相对地厚 于感测层，导致感测线圈对感测层的温度依靠性的灵敏度的减少。
[0075] 用于补偿这种效果的示例性方法是选择"磁性软"（即在弱磁场中具有大磁导率） 的感测层合金。例如，接近于29%镍/61%铁的感测合金能够（根据制造细节）在42F下 (相对弱的）IOe (1奥斯特）磁场中具有400的相对磁导率并且在32F下具有200的相对磁 导率。此外，接近于30%镍/70%铁的加热合金能够（再次根据制造细节）具有在42-32F 范围中具有小温度依赖性的磁导率但是具有对场强的强依赖的磁导率，例如，在400e具有 400的磁导率，但在IOe处具有50的磁导率。结果是在弱磁（感测）场中，高温度依赖合金 占主导地位（针对加热层200对50的相对磁导 率）并且两个层的结合效果是对温度灵敏 的有效磁导率。
[0076] 另一个实例可以是选择针对检测基体和加热基体层的不同磁性各向异性（磁导 率取决于相对于层的磁场的定位）。例如，如果加热层各向异性平行于机翼前缘并且感测层 垂直于机翼前缘，然后对齐垂直于边缘的感测线圈仅对感测层的特性灵敏。在这种情况下， 加热层能够通过平行于边缘的线圈感应。
[0077] 各向异特性够通过诸如辊磨和磁场退火的若干共同制造过程产生。产生各向异性 的另一种方法是通过形状。诸如线缆的具有高长宽比（很大于其他的一种尺寸）的磁性材 料具有非常高的各向异性。例如，如果感测层以平行于边缘对齐的线缆的形式，则平行于边 缘对齐的线圈将对这个合金的温度依赖性灵敏。
[0078] 图3是根据本文中公开的至少一个实施方式的可选IDD系统300的侧视图。在这 种情况下，加热基体304也可以起作用为防腐蚀涂层。图3的IDD系统300是包括加热基 体304和检测基体306的多层系统。图3的IDD系统也包括复合结构110、线圈312和集中 器 314。
[0079] 在一些构造中，加热基体304可以被配置为检测器以感测在安装IDD系统300的 飞机的位置处的空气温度。加热基体304可以被配置为对由线圈312当被电源318提供动 力时产生的磁通量316易感和灵敏。如上所述，磁通量316可以在加热基体304内感应涡电 流、产生热量。当检测基体306的一部分达到检测基体306的居里温度时，电源318可以通 电。在使用的一个实例中，能够在各个时间间隔从线圈312传输低电力的"声脉冲（ping)" 或信号以确定温度。如果达到某些温度，使用对部件温度转换到居里温度以下的检测，线圈 312能够被通电到至某些电平以将部件温度增加到居里温度以上。
[0080] 由线圈312在由电源318通电时产生的磁通量316可以使用集中器314修改、聚 集或集中。集中器314可以由设计成能相互影响并且修改磁场的各种材料构造。在一些配 置中，这可以提供各种益处。例如，通过朝向加热基体304聚集磁通量316,可以使用低于不 使用集中器314的系统的电力量在加热基体304中产生等价量的热量，因此增加总系统效 率。另一个益处可以是对包围IDD系统300的区域的磁通量316的减少。这可以减少在不 关联于IDD系统300的系统或物体上的意外或不需要的磁通量316的效果。
[0081] 图4是根据本文中公开的至少一个实施方式的IDD系统400的分解立体图。图4 的IDD系统400是包括加热和检测基体404、复合结构410、线圈412、集中器414、以及交流 电源418的多层系统。如上所述，在IDD系统各种构造中，一个或多个基体的检测/加热功 能可以结合到单个基体。
[0082] 结合两个以上层的实施例在图4中示出为作为加热基体与检测基体的结合的加 热和检测基体404。可以基于其结合功能选择组成加热和检测基体404的金属或金属合金。 应当理解，加热和检测基体404的结构贯穿加热和检测基体404可以是均匀的或可以发生 变化。例如，加热和检测基体404的一部分可以是设计成能执行检测功能的一种合金或金 属，同时加热和检测基体404的另一部分可以设计成能执行加热功能。
[0083] 图5是根据本文中公开的至少一个实施方式的安装在飞机机翼501上的IDD系统 500的部分截面图。一种或多种IDD系统500可以在飞机上安装在各种位置，诸如在图5插 图503中示出的飞机的位置505。位置505可以是对结冰易感的机翼501的机翼前缘。其 他位置能够包括但不限于，各种控制表面、检测和测量设备（诸如风速探头）、以及接近于 发动机进气口的表面。
[0084] 图5的IDD系统500是包括防腐蚀涂层502、加热基体504、检测基体506、复合结 构510、线圈512、以及集中器514的多层系统。防腐蚀涂层502可以被配置为保护IDD系 统500的一个或多个部件免受由环境引起的降解效果。加热基体504可以被配置为响应于 磁通量，引起加热基体504的温度增加。
[0085] 检测基体506可以被配置为具有当达到时指明结冰或有利于结冰的条件的居里 温度。复合结构510可操作为支撑IDD系统500的各种部件。线圈512可以被配置为当通 电时提供磁通量。线圈512的位置能够改变并且如果复合结构510的内部部分移除或能够 嵌入复合结构内则能够更接近于检测基体506。并且，集中器514可以被配置为修改磁通量 以增加 IDD系统500的效率。
[0086] 图6示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的用于操作IDD系统的操作程序 600的一种配置。除非另有指示，否则，可执行更多或者更少操作而非附图和本文中所描述 的这些操作。此外，除非另有指示，还可以以不同于本文中所描述的顺序执行这些操作。
[0087] 操作程序600以操作602开始，在此，加热基体104和/或检测基体106耦接至飞 机外部的飞行表面。在一些实施例中，防腐蚀涂层102可以安装为在加热基体104和/或检 测基体106之间的阻挡层。如上所述，外部飞行表面能够从飞机机翼上、控制表面、发动机、 和检测设备的多个位置改变。同样，如上所述，加热基体104和/或检测基体106可以由一 个或多个层形成，每个层执行上述检测和/或加热功能。例如，在一种构造中，可以针对检 测和加热功能两者使用单个基体层，例如，加热基体104。在另一实施例中，可以使用一个基 体以执行检测功能，例如，检测基体106 ;同时可以使用另一个基体以执行加热功能，例如， 加热基体104。应当理解，这些和其他组合视为在本公开的范围内。
[0088] 操作程序600继续操作604,在此，线圈112结合到IDD系统100并且连接到电源。 在一些构造中，线圈112用于在加热基体104和/或检测基体106中产生涡电流，使得受影 响的基体层的温度增加。在另一构造中，线圈112可以被配置为起作用为检测器以检测在 加热基体104和/或检测基体106的磁特性方面的改变。例如，温度降低可以引起基体层 达到其居里温度、改变其磁特性。可以使用由线圈112产生的磁通量检测在磁特性方面的 改变。
[0089] 操作程序600继续操作606,在此，检测在加热基体104和/或检测基体106的磁 特性方面的改变。如上所述，改变可能是由于在接近于IDD系统100的空气温度方面的降 低，引起特定基体的温度降低到其居里温度以下。可以使用各种技术检测在磁特性方面的 改变。例如，可以通过在由电路馈电IDD系统100检测的谐振频率或阻抗的改变来检测在 磁特性方面的改变。
[0090] 操作程序600继续操作608,在此，可以基于所检测的磁特性的改变计算温度改 变。可以选择金属或金属合金以在某些温度或温度范围中具有在磁特性方面的特定改变。
[0091] 操作程序600继续操作610,在此，进行确定结冰的可能性。如上所述，可以使用本 公开的各种配置以确定冰是否形成在IDD系统100的外表面上、或计算的温度是否有利于 结冰、或两者。
[0092] 操作程序600继续操作612,在此，如果结冰的可能性满足某些标准，则涡电流被 感应到加热基体104中。可以使用IDD系统100的线圈112感应涡电流。操作程序600继 续操作614,在此，通过将涡电流感应到加热基体104中来产生热量。
[0093] 操作程序600继续操作616,在此，维持感应和热量直至达到设置的点。例如，设置 的点可以是返回至指明一个或多个基体的温度增加到其相应的居里温度以上的条件的在 加热基体104的磁特性方面检测到的改变。
[0094] 操作程序600继续操作618,在此，移除涡电流。操作程序600可以结束或可以通 过返回至操作606如上所述继续，在此，检测在加热基体104和/或检测基体106的磁特性 方面的改变。在操作程序600的一些构造中，额外的操作可以包括将防腐蚀涂层102耦接 至加热基体104和/或检测基体106的外部、将防腐蚀涂层102与加热基体104和/或检 测基体106的外部重叠、将加热基体104和/或检测基体106耦接至飞机复合结构的外部、 将线圈112定位在复合结构110的对侧、以及将集中器114定位接近于线圈112。在一些 构造中，集中器114可以包括，但不限于，各种适宜的材料，诸如非导电铁磁。在一些实施例 中，铁磁可以包括 诸如MnZn或NiZn的铁氧体材料。在其他构造中，操作程序600也可以包 括用于在加热基体104和/或检测基体106与复合结构110之间耦接绝缘体108的操作。 此外，本发明包括根据下列各项的实施方式：
[0095] 项1 :测冰和除冰（"IDD"）系统，包括：加热基体，可操作以响应于涡电流增加温 度；具有居里温度的检测基体，该居里温度被配置为在期望的温度处改变检测基体的磁特 性；以及线圈，可操作以响应于在检测基体的磁特性方面的随着基体的温度从居里温度以 上改变到居里温度以下而发生的改变来在加热基体中感应涡电流。
[0096] 项2 :根据项1所述的IDD系统，进一步包括绝缘层，安装在检测基体和复合结构 之间。
[0097] 项3 :根据项2所述的IDD系统，其中，绝缘层包括热绝缘体。
[0098] 项4 :根据项1所述的IDD系统，进一步包括防腐蚀涂层，可操作以减少IDD系统 各种部件的腐蚀。
[0099] 项5 :根据项4所述的IDD系统，其中，防腐蚀涂层包括铝、铁、钛、或其他耐腐蚀铁 氧体金属或金属合金。
[0100] 项6 :根据项1所述的IDD系统，进一步包括交流电源，可操作以使线圈通电以提 供磁通量在加热基体中感应祸电流。
[0101] 项7 :根据项1所述的IDD系统，其中，加热基体和检测基体包括单层。
[0102] 项8 :根据项1所述的IDD系统，其中，基于有利于结冰的条件选择居里温度。
[0103] 项9 :根据项1所述的IDD系统，进一步包括集中器，可操作以相互影响并且修改 由线圈产生的磁通量以朝向加热基体聚集该磁通量。
[0104] 项10 :根据项1所述的IDD系统，其中，集中器进一步可操作为将接近于IDD系统 的一个或多个位置与磁通量部分地隔离。
[0105] 项11 :用于操作测冰和除冰系统的方法，方法包括：在飞机外部飞行表面上操作 具有一个或多个基体的飞机；检测一个或多个基体的温度减少到一个或多个基体的居里温 度以下引起的在一个或多个基体的磁特性方面的改变；基于在磁特性的改变计算温度改 变；确定在飞机外部飞行表面上结冰的可能性；将涡电流感应到一个或多个基体以在一个 或多个基体内产生热量；维持涡电流的感应直至达到设置的点；以及一旦达到设置的点即 移除感应的涡电流。
[0106] 项12 :根据项11所述的方法，进一步包括操作在飞机外部飞行表面具有一个或多 个基体的飞机和结合连接到电源的线圈，线圈和电源可操作为产生磁通量以检测在一个或 多个基体的磁特性方面的改变并且通过在一个或多个基体中感应涡电流增加一个或多个 基体的温度。
[0107] 项13 :根据项12所述的方法，进一步包括操作将防腐蚀涂层耦接至至一个或多个 基体的外部的飞机。
[0108] 项14 :根据项11所述的方法，进一步包括：将基体耦接至飞机复合结构的外部，将 线圈定位在复合结构的对侧，以及将集中器定位接近于线圈。
[0109] 项15 :根据项14所述的方法，其中，集中器包括铁氧体材料。
[0110] 项16 :根据项14所述的方法，进一步包括在一个或多个基体和复合结构之间耦接 热绝缘层。
[0111] 项17 :-种飞机机翼前缘，包括：防腐蚀涂层，可操作以减少腐蚀；加热基体，可操 作以响应于涡电流形成，引起加热基体的温度增加；具有居里温度的检测基体，该居里温度 用于表示在检测基体的温度方面的改变；复合结构，可操作以支撑测冰和除冰系统的一个 或多个部件；绝缘层，安装在检测基体和复合结构之间；线圈，可操作以在加热基体中感应 涡电流；交流电源，可操作以使线圈通电以提供磁通量从而在加热基体中感应涡电流以增 加加热基体的温度；以及集中器，可操作以相互影响并且修改由线圈产生的磁通量以朝向 加热基体聚集磁通量。
[0112] 项18 :根据项17所述的飞机机翼前缘，其中，防腐蚀涂层包括铝、铁、钛、或其他耐 腐蚀铁氧体金属或金属合金。
[0113] 项19 :根据项17所述的飞机机翼前缘，其中，加热基体和检测基体包括单层。
[0114] 项20 :根据项17所述的飞机机翼前缘，其中，集中器进一步可操作为将接近于线 圈的一个或多个位置与磁通量部分地隔离。
[0115] 仅通过例证方式提供上述所述主题并且不应被解释为限制性的。可以对本文中所 描述的主题进行各种修改和改变，而不遵循所示出和所描述的示例性实施方式和应用和在 不背离所附权利要求书中所规定的本公开的实质精神和范围。
【主权项】
1. 一种测冰和除冰（IDD)系统，包括： 加热基体，被操作为响应于涡电流增加温度； 具有居里温度的检测基体，所述居里温度被配置为在期望的温度处改变所述检测基体 的磁特性；以及 线圈，被操作为响应于随着所述检测基体的温度从所述居里温度以上改变到所述居里 温度以下所述检测基体的磁特性的改变，来在所述加热基体中感应涡电流。2. 根据权利要求1所述的测冰和除冰系统，进一步包括绝缘层，安装在所述检测基体 和复合结构之间。3. 根据权利要求1所述的测冰和除冰系统，进一步包括防腐蚀涂层，被操作为减少所 述测冰和除冰系统的各个部件的腐蚀。4. 根据权利要求3所述的测冰和除冰系统，其中，所述防腐蚀涂层包括铝、钢、钛、或其 他耐腐蚀铁氧体金属或金属合金。5. 根据权利要求1所述的测冰和除冰系统，进一步包括交流电源，被操作为使所述线 圈通电以提供磁通量从而在所述加热基体中感应涡电流。6. 根据权利要求1所述的测冰和除冰系统，其中，基于有利于结冰的条件选择所述居 里温度。7. -种用于操作测冰和除冰系统的方法，所述方法包括： 操作在飞机外部飞行表面上具有一个或多个基体的飞机； 检测由所述一个或多个基体的温度降低到所述一个或多个基体的居里温度以下引起 的所述一个或多个基体的磁特性改变； 基于所述磁特性改变计算温度改变； 确定在所述飞机外部飞行表面上结冰的可能性； 将涡电流感应到所述一个或多个基体中以在所述一个或多个基体内产生热量； 维持涡电流的所述感应直至达到设置点；以及 一旦达到所述设置点即移除所感应的涡电流。8. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括操作在飞机外部飞行表面具有一个或多个 基体并且结合有连接到电源的线圈的飞机，所述线圈和所述电源被操作为产生磁通量以检 测所述一个或多个基体的磁特性改变并且通过在所述一个或多个基体中感应涡电流增加 所述一个或多个基体的温度。9. 根据权利要求7的所述方法，进一步包括： 将所述基体耦接至所述飞机的复合结构的外部， 将所述线圈定位在所述复合结构的对侧，以及 将集中器定位接近于所述线圈。10. -种飞机机翼前缘，包括： 防腐蚀涂层，被操作为减少腐蚀； 加热基体，被操作为响应于涡电流形成，引起所述加热基体的温度增加； 具有居里温度的检测基体，所述居里温度用于指示所述检测基体的温度改变； 复合结构，被操作为支撑测冰和除冰系统的一个或多个部件； 绝缘层，安装在所述检测基体与所述复合结构之间； 线圈，被操作为在所述加热基体中感应涡电流； 交流电源，被操作为使所述线圈通电以提供磁通量从而在所述加热基体中感应涡电流 以增加所述加热基体的温度；以及 集中器，被操作为与所述线圈相互影响并且修改由所述线圈产生的磁通量以朝向所述 加热基体聚集所述磁通量。
【专利摘要】本文涉及用于结冰预测和控制的系统和方法，公开了用于操作测冰和除冰系统的系统和方法。测冰和除冰系统可以使用由温度改变引起的各种部件改变的磁特性以检测有利于或表示结冰的条件。测冰和除冰系统可以进一步使用在系统的一个或多个层中感应的涡电流以增加一个或多个的温度，以减少结冰的量或减少结冰的可能性。
【IPC分类】B64D15/12, B64D15/20
【公开号】CN104890882
【申请号】CN201510095558
【发明人】维亚切斯拉夫·霍济科夫, 罗伯特·J·米勒, 兰加萨米·埃兰戈万, 马克·R·马岑, 史蒂芬·R·阿莫罗斯, 罗伯特·G·阿尔贝斯, 迈克尔·斯特拉西克, 约翰·R·赫尔
【申请人】波音公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月3日
【公告号】EP2915748A1, US20150246730
【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种结冰预测和控制的系统和方法，特别是涉及在例如飞机等交通工 具中预测结冰和控制结冰的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 积聚在飞机表面上的冰会是重大安全隐患。积聚在机翼、发动机入口、空气数据探 头上、以及其他可能表面上的冰能改变飞机的操作特性，使得飞机陷入不能安全起飞或在 飞行的时继续操作的危险境地。冰能够形成在飞机的前缘上，增加熄火情况的可能性并且 增加阻力。因此，在某些条件下，在飞机某些表面上结冰或结冰的可能性会是严重的安全问 题。
[0003] 传统的冰的检测、移除和防止技术会涉及化学制品的使用，诸如加热的以水稀释 以移除冰的乙二醇和用于在移除之后减少积聚冰的可能性的未加热的、未稀释的乙二醇。 传统的技术也可以涉及建立在机翼或其他机翼前缘表面内的加热元件。加热元件可以是通 过分散在机翼结构内的管道流动的热空气。热空气被设计成使表面变热，使得积冰融化或 在第一位置中防止结冰。
[0004] 另一种加热元件技术可以是建立在机翼表面内的线缆或线缆网状结构。电流可以 穿过线缆或线缆网，使得热量积聚。热量如果充分的话，则能够融化积冰或防止冰的积聚。 另一种技术是使用物理振动移除冰。例如，除冰器（deicing boot)能够在飞机表面上膨胀。 膨胀引起冰破裂，因此从飞机上除冰。在另一实施例中，能够激活电气变换器，以引起瞬时 的物理振动，以类似于除冰器的方法使冰破裂。
[0005] 传统的检测和除冰技术可能具有一些限制。例如，使用热空气的解决方案经常需 要对飞机的结构的改造或添加。这些解决方案也可能受到低效率的影响。在另一实施例中， 使用线缆或线缆网的加热技术可能具有低可靠性，这是由在飞机的正常操作期间该技术对 振动和移动的敏感性引起的。因为将线缆或线缆网与飞机结构集成经常需要额外的制造步 骤，所以这些类型的加热解决方案也能够显著地增加制造的成本。化学制品的使用也可能 具有限制。用于为飞机除冰的化学制品经常是不环保的，当使用时，需要使用化学污染防治 系统以防止或减少污染环境的可能性。
[0006] 针对这些考虑和其他考虑，在此提出了本公开。
【发明内容】
[0007] 应当认识到，提供本
【发明内容】
以在以简单的形式介绍下面细节说明书中进一步描 述的概念的选择。本
【发明内容】
并不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
[0008] 根据本文中公开的实施方式，提供了测冰和除冰系统。测冰和除冰系统可以包括： 加热基体（susceptor)，可响应于涡电流操作以增加温度；具有居里温度的检测基体，该居 里温度用于在期望的温度处改变检测基体的磁特性；以及线圈，被操作为可响应于随着基 体的温度从居里温度以上改变到居里温度以下而检测基体的磁特性发生改变，在加热基体 中感应涡电流。
[0009] 根据本文中公开的另一实施方式，提供了用于操作测冰和除冰系统的方法。方法 可以包括：操作在飞机外部飞行表面上具有一个或多个基体的飞机；检测该一个或多个基 体的温度减少到该一个或多个基体的居里温度以下引起的该一个或多个基体的磁特性方 面的改变；基于在磁特性方面的改变计算温度改变；确定在飞机外部飞行表面上结冰的可 能性；将涡电流感应到一个或多个基体以在一个或多个基体内产生热量；维持涡电流的感 应直至达到设置的点；以及一旦达到设置的点移除所感应的涡电流。
[0010] 根据本文中公开的又一个实施方式，提供了飞机机翼前缘。飞机机翼前缘可以包 括：防腐蚀涂层，可操作以减少腐蚀；加热基体，可操作为响应涡电流形成，引起加热基体 的温度增加；具有居里温度的检测基体，该居里温度用于表示在检测基体的温度方面的改 变；复合结构，可操作以支撑测冰和除冰系统的一个或多个部件；绝缘层，安装在检测基体 和复合结构之间；线圈，可操作以感应在加热基体中的涡电流；交流电源，可操作为使线圈 通电以提供磁通量来感应在加热基体中的涡电流以增加加热基体的温度；以及集中器，可 操作以相互影响并且修改由线圈产生的磁通量以朝向加热基体聚集磁通量。
[0011] 已经讨论的特征、功能和优势可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，可以 参考以下描述和附图了解本公开的更多细节。
【附图说明】
[0012] 根据详细描述和附图将更加全面地理解本文介绍的实施例，其中：
[0013] 图1是根据本文中公开的至少一个实施方式的测冰和除冰（"IDD"）系统的截面 图。
[0014] 图2是根据本文中公开的至少一个实施方式的IDD系统的实例温度曲线。
[0015] 图3是根据本文中公开的至少一个实施方式的可选IDD系统的侧视图。
[0016] 图4是根据本文中公开的至少一个实施方式的IDD系统的分解立体图。
[0017] 图5是根据本文中公开的至少一个实施方式的安装在飞机机翼上的IDD系统的部 分截面图。
[0018] 图6示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的用于操作IDD系统的操作程序 的一种配置。
[0019] 在本申请中介绍的多个图示出了本公开的实施方式的变体和不同方面。因此，在 每个示意图上的详细说明将描述识别在对应示图中的差异。
【具体实施方式】
[0020] 以下的详细说明是针对用于预测并且控制在飞机表面上结冰的直接系统和方法。 在一些构造中，本公开利用改变磁特性来检测导致或起因于飞机表面上的结冰的温度条 件。在其他构造中，本公开响应于结冰条件的检测利用感应加热以增加飞机表面的温度。在 一些实施方式中，通过感应加热在温度方面的增加能够减少形成在飞机表面上的冰的量， 或在其他实施方式中，增加飞机表面的温度以防止、或减少结冰的可能性。现在将参考附图 介绍本公开的多个方面。
[0021] 图1是根据本文中公开的至少一个实施方式的测冰和除冰（"IDD"）系统100的 截面图。应注意，如目前公开的主题的各种构造可以与未在本文中具体公开的其他系统分 别使用，本公开不限于同时执行测冰和除冰两者的系统。例如，本公开的各种方面可以提供 测冰系统，该测冰系统能够与包含反结冰功能的其他除冰系统结合使用。
[0022] 以类似方式，本公开的各种方面可以提供可以结合未在本文中公开的其他冰条件 检测系统使用的除冰系统。此外，应当理解，当提及"测冰"时，本公开不限于冰形成在飞机 表面上的操作。在操作中可以使用测冰方面以检测在飞机表面上可能有利于导致结冰的条 件。
[0023] 参考图1，在一些构造中，IDD系统100是多层系统，被设计为检测在飞机外表面上 有利于结冰的条件，或检测形成在外表面上的冰。此外，在一些配置中，可以具有增加一个 或多个层的温度的能力以减少结冰的可能性，或至少部分地融化形成在飞机表面上的冰。
[0024] 在图1中示出的构造中，IDD系统100包括防腐蚀涂层102。防腐蚀涂层102用作 暴露到环境（或周围空气）的耐腐蚀保护层。例如，防腐蚀涂层102可以是设计成能承受 物理损坏并且是化学惰性的相对硬的聚合物或塑料。在一些构造中，防腐蚀涂层102以铝、 铁、钛、或其他耐腐蚀的铁氧体金属或金属合金来构成。目前公开的主题并不对防腐蚀涂层 102的任何具体构造材料有所限制。
[0025] 加热基体104接近于防腐蚀涂层102安装。如以下更详细地描述，加热基体104 被以允许其磁特性受温度改变的影响的方式构造。磁特性的改变可以是用于检测表示或有 利于结冰的条件的可测量改变。在一些构造中，加热基体104的磁特性也被配置为当放置 在适宜的磁场内时引起加热基体104的温度增加。
[0026] 检测基体106接近于加热基体104。如以下更详细地描述，检测基体106也被以允 许检测基体106的磁特性基于温度改变而改变的方式构建。在一些构造中，检测基体106 的磁特性也被配置为当放置在适宜的磁场内时引起加热基体104的温度的增加。
[0027] 绝缘体108层接近于检测基体106,该绝缘体108层可以用作在检测基体106和 复合结构110之间的绝缘体。在一些实施例中，绝缘体108可以是诸如气凝胶、聚氨酯泡沫 (urethane foam)、或其他热绝缘材料的适宜绝缘材料。在其他实施例中，绝缘体108可以 是石墨烯或由石墨烯形成的复合材料。复合结构110 可以是多层支撑结构以支撑IDD系统 100的各种部件。在一些实施例中，复合结构110类似于用于制造飞机其他零件的复合结 构。在一些构造中，绝缘体108和复合结构110可以不包含在IDD结构中。
[0028] 线圈112接近于复合结构110而安装。如以下更详细的说明，线圈112可以是一 个或多个线圈，可以用来以检测在各种层的磁特性方面的改变，和/或可以用来将涡电流 感应入IDD系统100的一个或多个层以增加一个或多个部件的温度。
[0029] 应当理解，本公开可以包括比在图1中示出的层更多或更少的层。此外，应当理 解，在图1中示出的一些层仅以示出的目的分别从其他层示出并且不将本主题的范围限制 于这种构造。例如，加热基体104和检测基体106可以集成为单层并且可以通过相同的子 部分执行。
[0030] 如上所述，图1的IDD系统100被配置为利用加热基体104、或检测基体106、或两 者的磁特性的改变，来测量温度效应以确定飞机的外部条件是否有利于结冰、或已经形成 结冰。在一种构造中，加热基体104或检测基体106、或两者是具有在期望的温度水平处的 居里温度的金属或金属合金。如本文中使用的，"居里温度"能够定义为在其以上铁磁畴消 失的温度。"铁磁畴"是在其内所有分子磁矩处于相同方向的微观区域。"居里温度"也能 够定义为材料的内在磁矩改变方向的温度。应当理解，由于定义可以根据包括、但不限于科 学的具体领域或使用术语的区域的各种因素改变，所以目前公开的主题不取决于居里温度 的特定定义。
[0031] 材料的通过居里温度的转换还能够影响具有该材料作为一部分的电子电路的谐 振频率，在一些构造中，当在电路中的一种或多种金属受到他们相应的居里温度的影响 时，该电子电路可能提供在电路输出方面的差异。例如，百分之95镍和百分之5络的合 金可以具有少于160F的居里温度。当从160F冷却至32F时，合金的磁导率（magnetic permeability)以几个幅度级增加，因此影响由电路所见的等价阻抗。
[0032] 在合金的磁特性方面的这种改变能够是可检测的。如果如此配置，则居里温度可 以是作为有利于、或表示在防腐蚀涂层上结冰的温度条件的标志。例如，上述镍/铬合金可 以在百分比方面进行调整、或加入其他金属，以根据期望向上或向下移动居里温度。因此， 金属的或金属合金的居里温度可以与有利于结冰的温度匹配。
[0033] 在一些构造中，IDD系统100的一个或多个层可以执行测冰功能。在图1中在一 个实施例中，检测基体106可以是一种以提供这样的居里温度的方式构建的金属或金属合 金，即，当检测该居里温度时该居里温度指明有利于结冰的条件。防腐蚀涂层102外部的冷 空气可以降低IDD系统100的温度，使得通过热量传递，检测基体106的温度降低到检测基 体106经过检测基体106的居里温度的点。在一些构造中，加热基体104的居里温度可以 大于检测基体106的居里温度。但是，应当理解，可以调整各种层的居里温度以实现期望的 结果。
[0034] 在一些构造中，加热基体104可以结合、或替换检测基体106用作检测器。加热基 体104或检测基体106可以由各种铁磁金属或金属合金形成。在其他构造中，如果防腐蚀 涂层102由例如响应于磁场的铁磁材料建构，则可以省去检测基体106或加热基体104,因 为他们的功能可以类似于上述针对检测基体106的方式通过防腐蚀涂层102提供。在又一 构造中，如果由合适的金属或金属合金建构，则单层可以执行上述检测功能和以下描述的 加热功能。
[0035] -旦检测到条件有利于结冰，则最好是加热安装IDD系统100的飞机的特定表面。 为了产生热量，IDD系统100利用感应式加热。交流电流被引入到线圈112。如果引入足够 的电流电平，如果以合适金属建构，则线圈112的磁场在防腐蚀涂层102、加热基体104、和 /或检测基体106中产生循环涡电流。
[0036] 循环涡电流的流动受到防腐蚀涂层102、加热基体104、和/或检测基体106的电 阻率的影响。涡电流和磁滞效应能够使得热量建立在特定层中，因此提高特定层的温度。 在一些构造中，可以安装集中器（concentrator) 114以朝向加热基体104、和/或检测基体 106反射、或聚集由线圈112产生的磁场。集中器114也可以帮助将其他部件（未示出）与 由线圈112产生的磁场隔离。
[0037] 在一些构造中，居里温度和/或感应式加热的使用相比于传统的防结冰系统可以 提供一些好处。在一个实施例中，结构部件居里温度的使用可以降低、或消除安装温度检测 设备的必要性，安装温度检测设备可能降低部件的完整性同时增加它的重量。以类似方式， 感应式加热可以减少或消除安装加热元件的必要性。
[0038] 图2是根据本文中公开的至少一个实施方式的IDD系统100的实例温度曲线200。 温度曲线200具有对应于温度的T轴和对应于距离的D轴。温度曲线200使用薄壳近似 (thin shell approximation)示出了温度曲线，因此温度数据在各种层上示出为直线，但 虽然应注意，温度曲线200能够拓展以在结构尺寸上包括温度的二次关系式而不丢失概括 性。应当理解，温度曲线200仅是示例性的并且不旨在将本公开的范围限于符合在温度曲 线200中示出的数据的所示斜率的系统。距离De对应于暴露到环境的防腐蚀涂层102的 外表面。在外部空气小于在复合层处温度的环境中示出了温度曲线200。
[0039] 曲线1是在IDD系统多个层的任何居里温度以上的温度处IDD系统100的初始温 度曲线。Tel是防腐蚀涂层102外表面的温度。TSHl是在防腐蚀涂层102和加热基体104 的界面处加热基体104的温度。TSDl是在加热基体104和检测基体106的界面处检测基体 106的温度。Tcoml是在检测基体106和复合结构110的界面处复合结构110的温度。
[0040] 如图2所示，加热基体104和检测基体106两者在曲线1中的表面温度分别处于 他们相应的居里温度Tc(SH)和Tc(SD)以上。在此温度下，加热基体104和检测基体106 的磁场特性示出了相对较高的温度，即，在他们相应的居里温度以上的温度。
[0041] 曲线2是当外部温度减少时可以得出的温度曲线。减少的外部温度可以将Tel减 少至Te2。通过热量传递的物理过程，在温度方面从Tel至Te2的减少可以引起IDD系统 100上的在其他温度方面的减少。例如，TSHl从TSHl减少至TSH2, TSDl减少至TSD2并且 Tcom 1减少至Tcom2。应当理解，曲线1和曲线2仅是说明性的并且不旨在示出准确或具 体的热量转移率或各种层间的热量转移的斜率。
[0042] 由于温度TSDl减少至TSD2,检测基体106的部分具有在检测基体106的居里温度 Tc(SD)以下的温度。当温度在其居里温度以下时，Tc(SD)可以引起在检测基体106的磁特 性方面的改变。这种改变可以各种方法检测并且用于确定在Te2处的温度是否在或有利于 或表示结冰的温度处或以下。这可以使用IDD系统100上的热量转移系数和热量平衡等式 确定。
[0043] 如通过在图2中的实施例所示，和在薄壳近似上的假设，通过防腐蚀涂层的温度 可以使用表明飞机增加海拔高度的同时外部温度减少的等式1. 1表明：
[0044] Te= T S1 (I- Q EhE) (1.1)
[0045] 在等式I. 1中，hE是防腐蚀涂层的厚度，并且α E是针对由其建立涂层的材料专有 的热力学常数。αΕ是热导率和特定热容量的特性。通常，a 定义在TjPTsi之间的斜 率，由于薄壳近似假设，该斜率通常为线性的。
[0046] 类似的可以适用于其他基体层：
[0049] 等式1. 2和1. 3的系数α E、a S1、a S2可以由数值模拟或由实验定义。在 一些情况下，如果需要比薄壳近似更准确的模式，则热量流动可以是由等式2表示：
[0047]
[0048]
在此，q*(x，y，z)是定义层内发热量与热容量 csl，S2和材料的密度P S1，S2乘积之比的比例的项。因此，等式（1)将具有关联于由于感应加 热引起的热量产生的项：
[0050] Ti= Tjd-α Jhi)+q*i；i = E ；j = SI ( 3)
[0051] i = SI ；j = S2
[0052] i = S2 ；j = COM
[0053] 由等式3定义的系统（而不指定源qj的热量密度）可以提供在IDD系统100每 个层内部的温度分布的描述。如果热量产生源的强度可以忽略，则可以使用等式1。不过， 在一些构造中，等式1是有效的直至存在诸如安装在复合结构110和检测基体106之间的 绝缘体108的良好的热绝缘体（或检测基体106是相对良好的热绝缘体）或复合结构110 防止热量通过其流动从而使-δΤ/δη = 0,其中，η是外法线。在这种情况下，可能需要等 式3。
[0054] 在某些飞机操作期间复合结构110所暴露于的温度实际上能够根据需要或期望 限于复合结构110的工作温度、或其他温度。这可能涉及检测基体106的温度及其尺寸与 材料特性，使得如果TSD接近这个限制，则可以关掉所有qi (在加热基体104、检测基体106 和防腐蚀涂层102内部的热量源）。因此，在这样构造中，等式1能够如下布置成等式4 :
[0055]
[0056] 在稳定状态中的系数α仅取决于厚度h和具体热容量Cp。然而，如果厚度h不是 可变的，则能够从热容量测量实验中找出α。
[0057] 因此，等式⑷能够用于定义在TOT、Tsl、Ts2、和1之间的比例。通过类比解决等 式（3)的系统，在防腐蚀涂层102、加热基体104、检测基体106和复合结构110之间的边界 处任何感兴趣点的任何点处的温度可以通过得知在一个层处的温度和内部产生在加热基 体104和检测基体106内部的热量率而确定。
[0058] 在一些自动控制应用中热量产生的作用可以是有用的。如上所述，如果热量传递 系数（q' s)是零（在（4)中的q' s是零而可以计算出1^或Te)，则在界面之一处已知的 物理参数和温度可以帮助确定在其他层处的温度。
[0059] 通过涡电流产生在加热基体104中的热量也可以进行分析。涡电流的涡旋性质可 以导致产生有功和无功损耗。在磁性材料中，磁滞损耗除了促进有功损耗之外也可以促进 温度上升。无功损耗与等价电感Lrai和一些平均的等价电流I %成比例为L y^/2。与有功 损耗相反，感应损耗不促进产生在加热基体104内部的热量。
[0060] 有功损耗与相同电流Irai和等价电阻Req成比例为损耗的两个源可以被识 另IJ，因为其促进由电路（按图1)经受并且因此由连接到线圈的电源经受的等价阻抗Zeq。在 磁性材料中，如等式5所示，热量生成q也是磁滞损耗的函数，即与频率f和磁场1成比例。
[0061] 因此，有功损耗：
⑶
[0062] 无功损耗：
[0063] 在等式5中，Kh是具体针对每种材料的磁滞常量，并且8111是具有指定的边界和针 对线圈的独特的的几何图形、材料和位置是独特的初始条件的一组Maxwell等式的解。使 用等式5,可以使用等式6找出等价阻抗、并且从而找出IDD系统100的加热容量。
[0064] Zeq= Req+i*2*Pi*f*Leq (6)
[0065] IDD系统100可以各种方法操作。例如，用于测冰和除冰条件的普通方法可以如 下。在本实施例中，加热基体104、检测基体106、线圈112和电源（未示出）形成谐振电路。 谐振频率增加接近于特定基体层的磁导率的平方根。
[0066] 感应电源可以设计为具有内部线路和控制算法以在谐振频率找出并且操作。如果 特定基体的温度达到其接近较低范围的居里温度时，则材料的磁导率以幅度级下降，因此 转换谐振频率。同样，如果温度下降并且从较高范围达到居里温度，则材料的磁导率以幅度 级上升，因此也转换电源输出的谐振频率。
[0067] 可以是监测的另一个效果是在弱磁场中温度改变同时一些铁磁的磁导率的灵敏 度。磁导率随着温度增加或减少。在这种情况下，除了测量频率之外，可以测量由电源感测 的全部阻抗的改变。在一些配置中，控制IDD系统100加热方面的方法可以基于检测谐振频 率或阻抗方面的改变并且区分具体的针对如以下示出的实施例的两个基体层的对应过程。
[0068] 对应于在防腐蚀涂层102的表面上结冰条件的温度能够改变在加热基体104、检 测基体106或复合结构110的界面处的温度。能够通过将电源输出频率（或阻抗）与预定 频率（阻抗）比较检测温度的改变，该预定频率是根据基体合金和线圈112的设计。能够 制成形成检测基体106的金属或金属合金，以使得当在防腐蚀涂层表面处的温度TE达到结 冰条件即，在32F附近时，检测基体106的居里温度将对应于在图2上示出的温度曲线，而 不限定其准确度。
[0069] 如果检测基体106被用于自动地打开感应加热系统，则然后在一些构造中，监测 由于检测基体106的磁导率的改变而导致的在电源中的谐振频率（和/或阻抗）方面的改 变可以是有用的。如果温度减少（在已经执行除冰或抗结冰功能之后在起飞或着陆期间） 并且达到检测基体106的居里温度，则在一些构造中，监测由于检测基体106的磁导率的显 著上而导致的频率（阻抗）转换可能是有利的。
[0070] 可以使用电源的持续运行或当脉冲具有持续时间并且在他们之间的间隔足够确 定存在结冰有利的条件时使用脉冲方案，来实现谐振频率和阻抗转换的监测。例如，每5-10 秒应用具有长于电路瞬态过程的持续时间的脉冲足可以表示结冰条件。
[0071] 如果在由电源检测到的谐振频率（阻抗）方面的改变是由于在检测基体106的磁 导率方面的改变引起的，则电源（或单独的电源）能够为加热基体104提供具有预定的谐 振频率的输出。可以考虑由IDD系统100的包括复合结构110的各层可容忍的工作温度的 上限来选择关闭系统的加热基体104的居里温度。
[0072] 例如，加热基体104的居里温度能够选择为150F-180F，在该温度上复合材料的结 构强度能够折衷。通过分析图1和以上阐述的等式能够定义加热基体104的精确居里温 度。可选地，加热基体104的居里温度能够足够高以在层中支持热电容式能量存储，增加冷 却时间，并且因此减少占空比同时增加效率。在加热基体104加热至其居里温度之后，根据 控制算法能够关闭或能够打开电源。
[0073] 如果电源被手动调节、或被配置为使用谐振频率运行、或是在校准操作程序期间， 可以使用另一个实例方式运行图1的IDD系统100。本方法基于当在加热基体104和/或 检测基体106中的温度达到其相应的居里温度时，通过电源监测在阻抗Zeq的改变。针对加 热基体104和检测基体106的居里温度的选择可以类似于上述过程。在材料的磁导率方面 的改变也能够按等式6导致阻抗Zrai和其部件方面的改变。如果阻抗Z %改变，则在电流和 电压之间的相移和他们的幅度也改变。如果检测基体106用于打开系统，则由于磁导率的 上升，发生在电流和电压之间的相位和他们的幅度方面的改变。如果加热基体104用于关 闭系统，则由于磁导率的减少发生在电流和电压之间的相移方面的改变。因此，本方法基于 监测电压、电流、和在电压与电流之间的相移。
[0074] 如上所述，两个基体设计的一些配置能够使用一个基体层测量温度并且另一个基 体层感应热量。这导致总体需求：检测基体106的居里温度应当总体上低于加热基体的居 里温度直至可以导致总体系统效率的减少的他们的功能相互交换。为了实现足够的温度灵 敏度，结合层的依靠温度的有效磁导率优选地可能需要在32F-42F的范围中对温度灵敏。 加热层可以具有在这个范围在温度处对温度相对不灵敏的大磁导率。加热层可以相对地厚 于感测层，导致感测线圈对感测层的温度依靠性的灵敏度的减少。
[0075] 用于补偿这种效果的示例性方法是选择"磁性软"（即在弱磁场中具有大磁导率） 的感测层合金。例如，接近于29%镍/61%铁的感测合金能够（根据制造细节）在42F下 (相对弱的）IOe (1奥斯特）磁场中具有400的相对磁导率并且在32F下具有200的相对磁 导率。此外，接近于30%镍/70%铁的加热合金能够（再次根据制造细节）具有在42-32F 范围中具有小温度依赖性的磁导率但是具有对场强的强依赖的磁导率，例如，在400e具有 400的磁导率，但在IOe处具有50的磁导率。结果是在弱磁（感测）场中，高温度依赖合金 占主导地位（针对加热层200对50的相对磁导 率）并且两个层的结合效果是对温度灵敏 的有效磁导率。
[0076] 另一个实例可以是选择针对检测基体和加热基体层的不同磁性各向异性（磁导 率取决于相对于层的磁场的定位）。例如，如果加热层各向异性平行于机翼前缘并且感测层 垂直于机翼前缘，然后对齐垂直于边缘的感测线圈仅对感测层的特性灵敏。在这种情况下， 加热层能够通过平行于边缘的线圈感应。
[0077] 各向异特性够通过诸如辊磨和磁场退火的若干共同制造过程产生。产生各向异性 的另一种方法是通过形状。诸如线缆的具有高长宽比（很大于其他的一种尺寸）的磁性材 料具有非常高的各向异性。例如，如果感测层以平行于边缘对齐的线缆的形式，则平行于边 缘对齐的线圈将对这个合金的温度依赖性灵敏。
[0078] 图3是根据本文中公开的至少一个实施方式的可选IDD系统300的侧视图。在这 种情况下，加热基体304也可以起作用为防腐蚀涂层。图3的IDD系统300是包括加热基 体304和检测基体306的多层系统。图3的IDD系统也包括复合结构110、线圈312和集中 器 314。
[0079] 在一些构造中，加热基体304可以被配置为检测器以感测在安装IDD系统300的 飞机的位置处的空气温度。加热基体304可以被配置为对由线圈312当被电源318提供动 力时产生的磁通量316易感和灵敏。如上所述，磁通量316可以在加热基体304内感应涡电 流、产生热量。当检测基体306的一部分达到检测基体306的居里温度时，电源318可以通 电。在使用的一个实例中，能够在各个时间间隔从线圈312传输低电力的"声脉冲（ping)" 或信号以确定温度。如果达到某些温度，使用对部件温度转换到居里温度以下的检测，线圈 312能够被通电到至某些电平以将部件温度增加到居里温度以上。
[0080] 由线圈312在由电源318通电时产生的磁通量316可以使用集中器314修改、聚 集或集中。集中器314可以由设计成能相互影响并且修改磁场的各种材料构造。在一些配 置中，这可以提供各种益处。例如，通过朝向加热基体304聚集磁通量316,可以使用低于不 使用集中器314的系统的电力量在加热基体304中产生等价量的热量，因此增加总系统效 率。另一个益处可以是对包围IDD系统300的区域的磁通量316的减少。这可以减少在不 关联于IDD系统300的系统或物体上的意外或不需要的磁通量316的效果。
[0081] 图4是根据本文中公开的至少一个实施方式的IDD系统400的分解立体图。图4 的IDD系统400是包括加热和检测基体404、复合结构410、线圈412、集中器414、以及交流 电源418的多层系统。如上所述，在IDD系统各种构造中，一个或多个基体的检测/加热功 能可以结合到单个基体。
[0082] 结合两个以上层的实施例在图4中示出为作为加热基体与检测基体的结合的加 热和检测基体404。可以基于其结合功能选择组成加热和检测基体404的金属或金属合金。 应当理解，加热和检测基体404的结构贯穿加热和检测基体404可以是均匀的或可以发生 变化。例如，加热和检测基体404的一部分可以是设计成能执行检测功能的一种合金或金 属，同时加热和检测基体404的另一部分可以设计成能执行加热功能。
[0083] 图5是根据本文中公开的至少一个实施方式的安装在飞机机翼501上的IDD系统 500的部分截面图。一种或多种IDD系统500可以在飞机上安装在各种位置，诸如在图5插 图503中示出的飞机的位置505。位置505可以是对结冰易感的机翼501的机翼前缘。其 他位置能够包括但不限于，各种控制表面、检测和测量设备（诸如风速探头）、以及接近于 发动机进气口的表面。
[0084] 图5的IDD系统500是包括防腐蚀涂层502、加热基体504、检测基体506、复合结 构510、线圈512、以及集中器514的多层系统。防腐蚀涂层502可以被配置为保护IDD系 统500的一个或多个部件免受由环境引起的降解效果。加热基体504可以被配置为响应于 磁通量，引起加热基体504的温度增加。
[0085] 检测基体506可以被配置为具有当达到时指明结冰或有利于结冰的条件的居里 温度。复合结构510可操作为支撑IDD系统500的各种部件。线圈512可以被配置为当通 电时提供磁通量。线圈512的位置能够改变并且如果复合结构510的内部部分移除或能够 嵌入复合结构内则能够更接近于检测基体506。并且，集中器514可以被配置为修改磁通量 以增加 IDD系统500的效率。
[0086] 图6示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的用于操作IDD系统的操作程序 600的一种配置。除非另有指示，否则，可执行更多或者更少操作而非附图和本文中所描述 的这些操作。此外，除非另有指示，还可以以不同于本文中所描述的顺序执行这些操作。
[0087] 操作程序600以操作602开始，在此，加热基体104和/或检测基体106耦接至飞 机外部的飞行表面。在一些实施例中，防腐蚀涂层102可以安装为在加热基体104和/或检 测基体106之间的阻挡层。如上所述，外部飞行表面能够从飞机机翼上、控制表面、发动机、 和检测设备的多个位置改变。同样，如上所述，加热基体104和/或检测基体106可以由一 个或多个层形成，每个层执行上述检测和/或加热功能。例如，在一种构造中，可以针对检 测和加热功能两者使用单个基体层，例如，加热基体104。在另一实施例中，可以使用一个基 体以执行检测功能，例如，检测基体106 ;同时可以使用另一个基体以执行加热功能，例如， 加热基体104。应当理解，这些和其他组合视为在本公开的范围内。
[0088] 操作程序600继续操作604,在此，线圈112结合到IDD系统100并且连接到电源。 在一些构造中，线圈112用于在加热基体104和/或检测基体106中产生涡电流，使得受影 响的基体层的温度增加。在另一构造中，线圈112可以被配置为起作用为检测器以检测在 加热基体104和/或检测基体106的磁特性方面的改变。例如，温度降低可以引起基体层 达到其居里温度、改变其磁特性。可以使用由线圈112产生的磁通量检测在磁特性方面的 改变。
[0089] 操作程序600继续操作606,在此，检测在加热基体104和/或检测基体106的磁 特性方面的改变。如上所述，改变可能是由于在接近于IDD系统100的空气温度方面的降 低，引起特定基体的温度降低到其居里温度以下。可以使用各种技术检测在磁特性方面的 改变。例如，可以通过在由电路馈电IDD系统100检测的谐振频率或阻抗的改变来检测在 磁特性方面的改变。
[0090] 操作程序600继续操作608,在此，可以基于所检测的磁特性的改变计算温度改 变。可以选择金属或金属合金以在某些温度或温度范围中具有在磁特性方面的特定改变。
[0091] 操作程序600继续操作610,在此，进行确定结冰的可能性。如上所述，可以使用本 公开的各种配置以确定冰是否形成在IDD系统100的外表面上、或计算的温度是否有利于 结冰、或两者。
[0092] 操作程序600继续操作612,在此，如果结冰的可能性满足某些标准，则涡电流被 感应到加热基体104中。可以使用IDD系统100的线圈112感应涡电流。操作程序600继 续操作614,在此，通过将涡电流感应到加热基体104中来产生热量。
[0093] 操作程序600继续操作616,在此，维持感应和热量直至达到设置的点。例如，设置 的点可以是返回至指明一个或多个基体的温度增加到其相应的居里温度以上的条件的在 加热基体104的磁特性方面检测到的改变。
[0094] 操作程序600继续操作618,在此，移除涡电流。操作程序600可以结束或可以通 过返回至操作606如上所述继续，在此，检测在加热基体104和/或检测基体106的磁特性 方面的改变。在操作程序600的一些构造中，额外的操作可以包括将防腐蚀涂层102耦接 至加热基体104和/或检测基体106的外部、将防腐蚀涂层102与加热基体104和/或检 测基体106的外部重叠、将加热基体104和/或检测基体106耦接至飞机复合结构的外部、 将线圈112定位在复合结构110的对侧、以及将集中器114定位接近于线圈112。在一些 构造中，集中器114可以包括，但不限于，各种适宜的材料，诸如非导电铁磁。在一些实施例 中，铁磁可以包括 诸如MnZn或NiZn的铁氧体材料。在其他构造中，操作程序600也可以包 括用于在加热基体104和/或检测基体106与复合结构110之间耦接绝缘体108的操作。 此外，本发明包括根据下列各项的实施方式：
[0095] 项1 :测冰和除冰（"IDD"）系统，包括：加热基体，可操作以响应于涡电流增加温 度；具有居里温度的检测基体，该居里温度被配置为在期望的温度处改变检测基体的磁特 性；以及线圈，可操作以响应于在检测基体的磁特性方面的随着基体的温度从居里温度以 上改变到居里温度以下而发生的改变来在加热基体中感应涡电流。
[0096] 项2 :根据项1所述的IDD系统，进一步包括绝缘层，安装在检测基体和复合结构 之间。
[0097] 项3 :根据项2所述的IDD系统，其中，绝缘层包括热绝缘体。
[0098] 项4 :根据项1所述的IDD系统，进一步包括防腐蚀涂层，可操作以减少IDD系统 各种部件的腐蚀。
[0099] 项5 :根据项4所述的IDD系统，其中，防腐蚀涂层包括铝、铁、钛、或其他耐腐蚀铁 氧体金属或金属合金。
[0100] 项6 :根据项1所述的IDD系统，进一步包括交流电源，可操作以使线圈通电以提 供磁通量在加热基体中感应祸电流。
[0101] 项7 :根据项1所述的IDD系统，其中，加热基体和检测基体包括单层。
[0102] 项8 :根据项1所述的IDD系统，其中，基于有利于结冰的条件选择居里温度。
[0103] 项9 :根据项1所述的IDD系统，进一步包括集中器，可操作以相互影响并且修改 由线圈产生的磁通量以朝向加热基体聚集该磁通量。
[0104] 项10 :根据项1所述的IDD系统，其中，集中器进一步可操作为将接近于IDD系统 的一个或多个位置与磁通量部分地隔离。
[0105] 项11 :用于操作测冰和除冰系统的方法，方法包括：在飞机外部飞行表面上操作 具有一个或多个基体的飞机；检测一个或多个基体的温度减少到一个或多个基体的居里温 度以下引起的在一个或多个基体的磁特性方面的改变；基于在磁特性的改变计算温度改 变；确定在飞机外部飞行表面上结冰的可能性；将涡电流感应到一个或多个基体以在一个 或多个基体内产生热量；维持涡电流的感应直至达到设置的点；以及一旦达到设置的点即 移除感应的涡电流。
[0106] 项12 :根据项11所述的方法，进一步包括操作在飞机外部飞行表面具有一个或多 个基体的飞机和结合连接到电源的线圈，线圈和电源可操作为产生磁通量以检测在一个或 多个基体的磁特性方面的改变并且通过在一个或多个基体中感应涡电流增加一个或多个 基体的温度。
[0107] 项13 :根据项12所述的方法，进一步包括操作将防腐蚀涂层耦接至至一个或多个 基体的外部的飞机。
[0108] 项14 :根据项11所述的方法，进一步包括：将基体耦接至飞机复合结构的外部，将 线圈定位在复合结构的对侧，以及将集中器定位接近于线圈。
[0109] 项15 :根据项14所述的方法，其中，集中器包括铁氧体材料。
[0110] 项16 :根据项14所述的方法，进一步包括在一个或多个基体和复合结构之间耦接 热绝缘层。
[0111] 项17 :-种飞机机翼前缘，包括：防腐蚀涂层，可操作以减少腐蚀；加热基体，可操 作以响应于涡电流形成，引起加热基体的温度增加；具有居里温度的检测基体，该居里温度 用于表示在检测基体的温度方面的改变；复合结构，可操作以支撑测冰和除冰系统的一个 或多个部件；绝缘层，安装在检测基体和复合结构之间；线圈，可操作以在加热基体中感应 涡电流；交流电源，可操作以使线圈通电以提供磁通量从而在加热基体中感应涡电流以增 加加热基体的温度；以及集中器，可操作以相互影响并且修改由线圈产生的磁通量以朝向 加热基体聚集磁通量。
[0112] 项18 :根据项17所述的飞机机翼前缘，其中，防腐蚀涂层包括铝、铁、钛、或其他耐 腐蚀铁氧体金属或金属合金。
[0113] 项19 :根据项17所述的飞机机翼前缘，其中，加热基体和检测基体包括单层。
[0114] 项20 :根据项17所述的飞机机翼前缘，其中，集中器进一步可操作为将接近于线 圈的一个或多个位置与磁通量部分地隔离。
[0115] 仅通过例证方式提供上述所述主题并且不应被解释为限制性的。可以对本文中所 描述的主题进行各种修改和改变，而不遵循所示出和所描述的示例性实施方式和应用和在 不背离所附权利要求书中所规定的本公开的实质精神和范围。
【主权项】
1. 一种测冰和除冰（IDD)系统，包括： 加热基体，被操作为响应于涡电流增加温度； 具有居里温度的检测基体，所述居里温度被配置为在期望的温度处改变所述检测基体 的磁特性；以及 线圈，被操作为响应于随着所述检测基体的温度从所述居里温度以上改变到所述居里 温度以下所述检测基体的磁特性的改变，来在所述加热基体中感应涡电流。2. 根据权利要求1所述的测冰和除冰系统，进一步包括绝缘层，安装在所述检测基体 和复合结构之间。3. 根据权利要求1所述的测冰和除冰系统，进一步包括防腐蚀涂层，被操作为减少所 述测冰和除冰系统的各个部件的腐蚀。4. 根据权利要求3所述的测冰和除冰系统，其中，所述防腐蚀涂层包括铝、钢、钛、或其 他耐腐蚀铁氧体金属或金属合金。5. 根据权利要求1所述的测冰和除冰系统，进一步包括交流电源，被操作为使所述线 圈通电以提供磁通量从而在所述加热基体中感应涡电流。6. 根据权利要求1所述的测冰和除冰系统，其中，基于有利于结冰的条件选择所述居 里温度。7. -种用于操作测冰和除冰系统的方法，所述方法包括： 操作在飞机外部飞行表面上具有一个或多个基体的飞机； 检测由所述一个或多个基体的温度降低到所述一个或多个基体的居里温度以下引起 的所述一个或多个基体的磁特性改变； 基于所述磁特性改变计算温度改变； 确定在所述飞机外部飞行表面上结冰的可能性； 将涡电流感应到所述一个或多个基体中以在所述一个或多个基体内产生热量； 维持涡电流的所述感应直至达到设置点；以及 一旦达到所述设置点即移除所感应的涡电流。8. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括操作在飞机外部飞行表面具有一个或多个 基体并且结合有连接到电源的线圈的飞机，所述线圈和所述电源被操作为产生磁通量以检 测所述一个或多个基体的磁特性改变并且通过在所述一个或多个基体中感应涡电流增加 所述一个或多个基体的温度。9. 根据权利要求7的所述方法，进一步包括： 将所述基体耦接至所述飞机的复合结构的外部， 将所述线圈定位在所述复合结构的对侧，以及 将集中器定位接近于所述线圈。10. -种飞机机翼前缘，包括： 防腐蚀涂层，被操作为减少腐蚀； 加热基体，被操作为响应于涡电流形成，引起所述加热基体的温度增加； 具有居里温度的检测基体，所述居里温度用于指示所述检测基体的温度改变； 复合结构，被操作为支撑测冰和除冰系统的一个或多个部件； 绝缘层，安装在所述检测基体与所述复合结构之间； 线圈，被操作为在所述加热基体中感应涡电流； 交流电源，被操作为使所述线圈通电以提供磁通量从而在所述加热基体中感应涡电流 以增加所述加热基体的温度；以及 集中器，被操作为与所述线圈相互影响并且修改由所述线圈产生的磁通量以朝向所述 加热基体聚集所述磁通量。
【专利摘要】本文涉及用于结冰预测和控制的系统和方法，公开了用于操作测冰和除冰系统的系统和方法。测冰和除冰系统可以使用由温度改变引起的各种部件改变的磁特性以检测有利于或表示结冰的条件。测冰和除冰系统可以进一步使用在系统的一个或多个层中感应的涡电流以增加一个或多个的温度，以减少结冰的量或减少结冰的可能性。
【IPC分类】B64D15/12, B64D15/20
【公开号】CN104890882
【申请号】CN201510095558
【发明人】维亚切斯拉夫·霍济科夫, 罗伯特·J·米勒, 兰加萨米·埃兰戈万, 马克·R·马岑, 史蒂芬·R·阿莫罗斯, 罗伯特·G·阿尔贝斯, 迈克尔·斯特拉西克, 约翰·R·赫尔
【申请人】波音公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月3日
【公告号】EP2915748A1, US20150246730
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