Un meilleur capteur détecte l'accumulation de glace en temps réel

Des chercheurs de l'Université de la Colombie-Britannique (UBC) à Okanagan ont amélioré la réponse en temps réel des capteurs de glace des avions. Grâce à une antenne intégrée, les capteurs améliorés peuvent désormais identifier immédiatement deux types de données cruciales pour l'aviation :l'accumulation de glace et le taux de fonte.

À l'heure actuelle, la détection de glace sur les aéronefs s'effectue de l'une des deux manières suivantes :avec un contrôle oculaire à l'ancienne ou avec une détection d'impédance. La détection d'impédance nécessite l'accumulation puis la fonte de la glace déposée avant de pouvoir la détecter.

Selon le chercheur principal et professeur adjoint de l'UBC, Mohammad Zarifi, le système de l'UBC élimine la dépendance à la confirmation visuelle et le besoin d'eau liquide pour détecter l'accumulation de glace.

"Cela permet une détection bien avant que le pilote ne puisse déterminer visuellement si de la glace est présente", a déclaré Zarifi à Tech Briefs .

(Dans une vidéo ci-dessous, voyez comment le Glenn Research Center a utilisé des caméras pour examiner l'impact de l'accumulation de glace sur un moteur d'avion.)

En incorporant une antenne dans le capteur, les résultats de l'appareil développé par UBC peuvent être partagés en temps réel avec l'opérateur afin de traiter toute accumulation.

Le capteur hyperfréquence est en fait une nanostructure optique connue sous le nom de résonateur en anneau fendu (SRR), fonctionnant à 5,82 GHz. Le capteur, avec des capacités de chauffage intégrées, fait efficacement la distinction entre l'eau et la glace en détectant les changements dans les propriétés diélectriques sur ou autour de sa surface.

L'eau stocke une plus grande quantité d'énergie électrique que la glace, et un SRR est spécialement équipé pour mesurer les deux niveaux de permittivité spécifiques.

La recherche liée à la technologie a été publiée dans la revue Applied Materials and Interfaces . L'étude, dirigée par le professeur Zarifi, a démontré l'efficacité des SRR en tant que capteurs de détection de glace pour les applications où la glace et le givre présentent un grand intérêt, comme les avions, les routes ou les passerelles.

Le capteur breveté, qui comprend une couche protectrice, est actuellement testé pour approbation par l'industrie aéronautique. L'équipe de l'UBC a également annoncé récemment un financement du ministère de la Défense nationale du Canada, qui permettra aux chercheurs de poursuivre le développement

Zarifi collabore également avec un certain nombre d'entreprises d'éoliennes pour adapter les capteurs aux parcs éoliens.

Étant donné que la technologie peut détecter la glace salée, qui gèle à des températures plus froides, l'appareil peut également aider à détecter l'accumulation sur les plates-formes pétrolières et les infrastructures marines.

Dans une courte interview avec Tech Briefs ci-dessous, le professeur Zarifi explique pourquoi l'appareil a attiré l'attention de l'industrie de l'aviation et des énergies renouvelables.

Fiches techniques :Un premier communiqué de presse de l'UBC a déclaré que vous avez reçu beaucoup d'intérêt de la part des industries de l'aviation et des énergies renouvelables, sur la base de vos premières conclusions. Pouvez-vous en dire plus à ce sujet ? Qu'est-ce qui intéressait les industries de l'aviation et des énergies renouvelables ? Et comment leur réaction a-t-elle informé la prochaine étape de votre recherche ?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :L'intérêt initial suscité par notre dispositif de détection de glace est venu d'applications où les propriétés aérodynamiques d'une structure sont d'une extrême importance. De petits changements dans la forme d'une aile d'avion ou d'une pale d'éolienne en raison de la formation de glace peuvent entraîner des impacts drastiques sur la portance ou la puissance générée par ces structures.

Les travaux futurs dans l'industrie aérospatiale sur ce capteur de givre consisteront à améliorer la sensibilité de l'appareil à la formation de glace en présence de fluides antigivrage qui sont couramment pulvérisés pour réduire la probabilité d'un événement de givrage.

Fiches techniques  : Qu'en est-il des éoliennes ?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :La détection de givre sur les éoliennes se fait différemment. L'ingénieur qui surveille la turbine peut prévoir la formation de glace en raison d'une baisse de la production d'électricité par rapport à la production prévue aux mêmes vitesses de vent. Ces capteurs auraient la capacité de détecter la glace bien avant que la production d'électricité ne soit affectée et laisseraient suffisamment de temps à l'ingénieur pour activer les systèmes de dégivrage. Sur la base des informations que nous avons reçues des ingénieurs de l'industrie éolienne, nous pensons que la prochaine étape consiste à emballer l'appareil et à le mettre en œuvre sur le terrain pour effectuer une caractérisation plus poussée et le préparer pour une application industrielle.

Fiches techniques  :Qu'est-ce que votre capteur est capable de détecter, et en quoi les informations du capteur sont-elles plus précieuses que les options de détection actuelles disponibles sur les avions d'aujourd'hui ?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :Notre capteur est capable de détecter la formation de glace bien avant que vous puissiez la voir se produire sur une surface. Nous sommes également en mesure d'extraire des informations telles que l'épaisseur de la glace et le taux de dépôt. Ceci est précieux car il fournit une alerte précoce aux pilotes qui subissent un événement de givrage en vol, leur permettant d'activer les systèmes anti-givrage ou simplement de changer d'altitude pour éviter les conditions.

L'indication de l'épaisseur de la glace est importante pour les personnes travaillant sur des éoliennes pour plusieurs raisons. Tout d'abord, si vous travaillez sous la turbine, vous voulez être certain qu'une épaisse couche de glace ne tombera pas et ne blessera peut-être pas quelqu'un. Une autre raison de la détection précise de l'épaisseur de la glace est qu'elle peut indiquer à l'ingénieur comment incliner les pales de la turbine pour maximiser la puissance de sortie lors d'un événement de givrage.

Fiches techniques :Quelles applications sont possibles une fois que vous êtes en mesure d'intégrer une antenne dans le capteur ?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :Récemment, nous avons étudié l'utilisation d'antennes comme capteur. Nous sommes intéressés par l'utilisation d'antennes pour la détection de glace car elles pourraient réduire considérablement la complexité de la mise en réseau des capteurs. Si l'on peut mettre en oeuvre un réseau d'antennes d'émission, fonctionnant à des fréquences différentes, et faire transmettre les données à une seule antenne de réception, la centralisation et le traitement des données sont considérablement simplifiés. Cela a des applications dans le cas où il est nécessaire d'effectuer une détection de glace sur une grande surface.

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Fiches techniques :Et après? Sur quoi travaillez-vous maintenant ?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :La prochaine étape de ce projet consiste à conditionner le capteur et à le mettre en œuvre sur le terrain. Nous devons également étudier plus avant les méthodes qui nous permettront d'effectuer la détection en présence de matériaux antigivrants pour les applications aérospatiales.

Tout cela est très excitant parce que nous avons eu un tel afflux d'intérêt de la part d'une variété d'industries et nous sommes donc impatients de relever les défis uniques imposés par chaque application. Quels que soient les défis, conditions environnementales extrêmes, embruns, matériaux anti-givrage ou simplement structures aérodynamiques complexes, nous pensons être capables de mettre en œuvre des capteurs de glace performants.

La recherche a été financée par une subvention à la découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, une subvention Mitacs Accélération et des subventions de la Fondation canadienne pour l'innovation et du ministère de la Défense nationale du Canada.

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