Capteur avionique avancé fournit détection glace temps réel et surveillance taux de fonte

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

Actuellement, la détection de glace sur les avions est effectuée de deux manières : par un contrôle visuel à l'ancienne, ou par détection d'impédance. La détection d'impédance nécessite l'accumulation puis la fonte de la glace déposée avant qu'elle ne puisse être détectée.

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

"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 Centre de Recherche Glenn a utilisé des caméras pour examiner comment l'accumulation de glace impacte un moteur d'avion.)

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

Le capteur micro-ondes est, en fait, une nanostructure optique connue sous le nom de résonateur à anneau fendu (SRR), opérant à 5,82 GHz. Le capteur, avec des capacités de chauffage intégrées, distingue efficacement 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 particulièrement équipé pour mesurer les deux niveaux de permittivité spécifiques.

La recherche liée à la technologie a été publiée dans le journal Applied Materials and Interfaces . L'étude, dirigée par le Prof. Zarifi, a démontré l'efficacité des SRR comme capteurs de détection de glace pour des applications où la glace et le givre sont d'un grand intérêt, comme sur les avions, routes ou trottoirs.

Le capteur breveté, qui inclut une couche protectrice, est maintenant testé pour approbation par l'industrie aéronautique. L'équipe UBC a également annoncé récemment un financement du Ministère de la Défense Nationale du Canada, qui permettra aux chercheurs de continuer le développement.

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

Parce que la technologie peut détecter la glace salée, qui gèle à des températures plus froides, le dispositif pourrait également aider à détecter l'accumulation sur les plates-formes pétrolières et l'infrastructure marine.

Dans une courte interview avec Tech Briefs ci-dessous, Prof. Zarifi explique pourquoi le dispositif a attiré l'attention des industries aéronautique et des énergies renouvelables.

Tech Briefs : Un communiqué de presse initial de l'UBC disait que vous aviez reçu beaucoup d'intérêt des industries aéronautique et des énergies renouvelables, basé sur vos résultats initiaux. Pouvez-vous en dire plus sur cela ? Qu'est-ce qui intéressait les industries aéronautique 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 reçu sur notre dispositif de détection de glace vient d'applications où les propriétés aérodynamiques d'une structure sont d'une importance extrême. De petits changements dans la forme d'une aile d'avion ou d'une pale d'éolienne dus à la formation de glace peuvent entraîner des impacts drastiques sur la portance ou la puissance générée par ces structures.

Le travail futur dans l'industrie aérospatiale sur ce capteur de glace sera d'améliorer la sensibilité du dispositif à la formation de glace en présence de fluides antigivre qui sont couramment pulvérisés pour réduire la probabilité d'un événement de givrage.

Tech Briefs : Qu'en est-il avec les éoliennes ?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi : La détection de glace sur les éoliennes est effectuée différemment. L'ingénieur surveillant l'éolienne peut prédire la formation de glace en raison d'une chute de production d'énergie par rapport à la production attendue aux mêmes vitesses de vent. Ces capteurs auraient la capacité de détecter la glace bien avant que la production d'énergie ne soit impactée et permettraient amplement le temps à l'ingénieur d'activer les systèmes de dégivrage. Basé sur les informations que nous avons reçues des ingénieurs de l'industrie éolienne, nous croyons que la prochaine étape est de packager le dispositif et de l'implémenter sur le terrain pour effectuer une caractérisation supplémentaire et le préparer pour l'application industrielle.

Tech Briefs : Qu'est-ce que votre capteur est capable de détecter, et comment l'information du capteur est-elle plus précieuse 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 capables d'extraire des informations telles que l'épaisseur de la glace et le taux de dépôt. Cela est précieux car cela fournit un avertissement précoce aux pilotes qui subissent un événement de givrage en vol, leur permettant d'activer les systèmes antigivre 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 les éoliennes pour de multiples raisons. Tout d'abord, si vous travaillez sous l'éolienne, vous voulez être certain qu'une épaisse plaque de glace ne va pas tomber et blesser quelqu'un. Une autre raison pour une détection précise de l'épaisseur de la glace est qu'elle peut informer l'ingénieur comment incliner les pales de l'éolienne pour maximiser la production d'énergie pendant un événement de givrage.

Tech Briefs : Quelles applications sont possibles une fois que vous êtes capable d'incorporer une antenne dans le capteur ?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi : Récemment, nous avons étudié l'utilisation d'antennes comme capteur. Nous sommes intéressés à utiliser des antennes pour la détection de glace car elles pourraient réduire significativement la complexité du réseau de capteurs. Si nous pouvons implémenter un réseau d'antennes émettrices, opérant à différentes fréquences, et avoir les données transmises à une seule antenne réceptrice, la centralisation et le traitement des données sont significativement simplifiés. Cela a des applications dans le cas où l'on doit effectuer la détection de glace sur une grande surface.

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Tech Briefs : Qu'est-ce qui suit ? Sur quoi travaillez-vous maintenant ?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi : La prochaine étape dans ce projet est de packager le capteur et de l'implémenter sur le terrain. Nous devons également enquêter davantage sur les méthodes qui nous permettront d'effectuer la détection en présence de matériaux antigivre pour les applications aérospatiales.

C'est tout très excitant car nous avons eu un tel afflux d'intérêt de diverses industries et nous attendons avec impatience de relever les défis uniques imposés par chaque application. Quels que soient les défis, conditions environnementales extrêmes, embruns marins, matériaux antigivre, ou simplement structures aérodynamiques complexes, nous croyons que nous sommes capables d'implémenter des capteurs de glace réussis.

La recherche a été financée par une Subvention de Découverte du Conseil de Recherche en Sciences Naturelles et en Génie du Canada, une Subvention Mitacs Accelerate, et des subventions de la Fondation Canadienne pour l'Innovation, et du Ministère de la Défense Nationale Canadien.

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