Sensor Avançado de Aeronave Fornece Detecção de Gelo em Tempo Real e Monitoramento de Taxa de Degelo

Pesquisadores da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC) em Okanagan melhoraram a resposta em tempo real de sensores de gelo de aeronaves. Com uma antena embutida, os sensores aprimorados agora podem identificar imediatamente dois tipos de dados cruciais de aviação: acúmulo de gelo e taxa de degelo.

Atualmente, detecção de gelo em aeronaves é realizada de duas formas: com uma verificação visual antiquada, ou com sensoriamento de impedância. Sensoriamento de impedância requer o acúmulo e então derretimento do gelo depositado antes que possa ser detectado.

O sistema da UBC remove a dependência de confirmação visual e a necessidade de água líquida para sensoriar acúmulo de gelo, de acordo com o pesquisador principal e Professor Assistente da UBC Mohammad Zarifi.

"Isso permite detecção muito antes que o piloto possa determinar visualmente se há gelo presente", disse Zarifi à Tech Briefs.

(Em um vídeo abaixo, veja como o Glenn Research Center usou câmeras para examinar como acúmulo de gelo impacta um motor de aeronave.)

Ao incorporar uma antena no sensor, os resultados do dispositivo desenvolvido pela UBC podem ser compartilhados em tempo real com o operador para abordar qualquer acúmulo.

O sensor de micro-ondas é, de fato, uma nanoestrutura óptica conhecida como ressonador de anel dividido (SRR), operando a 5,82 GHz. O sensor, com capacidades de aquecimento embutidas, distingue efetivamente entre água e gelo detectando mudanças nas propriedades dielétricas em ou ao redor de sua superfície.

A água armazena uma quantidade maior de energia elétrica que gelo, e um SRR está especialmente equipado para medir os dois níveis específicos de permitividade.

Pesquisa relacionada à tecnologia foi publicada no jornal Applied Materials and Interfaces . O estudo, liderado pelo Prof. Zarifi, demonstrou a eficácia de SRRs como sensores de detecção de gelo para aplicações onde gelo e geada são de grande interesse, como em aeronaves, estradas ou calçadas.

O sensor patenteado, que inclui uma camada protetora, está agora sendo testado para aprovação pela indústria da aviação. A equipe da UBC também anunciou recentemente financiamento do Departamento de Defesa Nacional do Canadá, que permitirá que os pesquisadores continuem o desenvolvimento.

Zarifi também está colaborando com várias empresas de turbinas eólicas para adaptar os sensores em parques eólicos.

Como a tecnologia pode sensoriar gelo salgado, que congela a temperaturas mais frias, o dispositivo adicionalmente pode ajudar a detectar acúmulo em plataformas de petróleo e infraestrutura marinha.

Em uma breve entrevista com Tech Briefs abaixo, Prof. Zarifi explica por que o dispositivo chamou a atenção das indústrias de aviação e energia renovável.

Tech Briefs: Um comunicado de imprensa inicial da UBC  disse que você recebeu grande interesse das indústrias de aviação e energia renovável, baseados em seus achados iniciais. Pode dizer mais sobre isso? O que foi de interesse para as indústrias de aviação e energia renovável? E como a reação deles informou o próximo passo de sua pesquisa?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: O interesse inicial recebido em nosso dispositivo de sensoriamento de gelo veio de aplicações onde as propriedades aerodinâmicas de uma estrutura são de extrema importância. Pequenas mudanças na forma de uma asa de aeronave ou lâmina de turbina eólica devido à formação de gelo podem levar a impactos drásticos na sustentação ou potência gerada por estas estruturas.

Trabalho futuro na indústria aeroespacial neste sensor de gelo será melhorar a sensibilidade do dispositivo à formação de gelo na presença de fluidos anti-gelo que são comumente pulverizados para reduzir a probabilidade de um evento de gelo.

Tech Briefs: E com turbinas eólicas?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Detecção de gelo em turbinas eólicas é realizada diferentemente. O engenheiro monitorando a turbina pode prever formação de gelo devido a uma queda na produção de energia comparada à produção esperada nas mesmas velocidades de vento. Esses sensores teriam a capacidade de detectar gelo muito antes que a geração de energia seja impactada e permitir tempo amplo para o engenheiro ligar sistemas de degelo. Baseado em informações que recebemos de engenheiros na indústria eólica, acreditamos que o próximo passo é embalar o dispositivo e implementá-lo no campo para realizar mais caracterização e prepará-lo para aplicação industrial.

Tech Briefs: O que seu sensor é capaz de detectar, e como a informação do sensor é mais valiosa que as opções de detecção atuais disponíveis nas aeronaves de hoje?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Nosso sensor é capaz de detectar formação de gelo muito antes de você poder vê-la ocorrendo em uma superfície. Também somos capazes de extrair informação como espessura do gelo e taxa de deposição. Isso é valioso porque fornece aviso antecipado a pilotos que estão experimentando um evento de gelo em voo, permitindo que ativem sistemas anti-gelo ou simplesmente mudem de altitude para evitar as condições.

Indicação de espessura de gelo é importante para pessoas trabalhando em turbinas eólicas por múltiplas razões. Primeiro, se você está trabalhando sob a turbina, quer ter certeza que uma grossa camada de gelo não vai cair e possivelmente ferir alguém. Outra razão para detecção precisa de espessura de gelo é porque pode informar o engenheiro como inclinar as lâminas da turbina para maximizar a produção de energia durante um evento de gelo.

Tech Briefs: Quais aplicações são possíveis uma vez que você consegue incorporar uma antena no sensor?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Recentemente, temos investigado o uso de antenas como o sensor. Estamos interessados em usar antenas para detecção de gelo porque elas poderiam diminuir significativamente a complexidade de arranjar os sensores. Se pudermos implementar um array de antenas transmissoras, operando em diferentes frequências, e ter os dados transmitidos para uma única antena receptora, a centralização e processamento dos dados é significativamente simplificada. Isso tem aplicações no caso de precisar realizar sensoriamento de gelo sobre uma grande superfície.

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Tech Briefs: O que vem a seguir? No que você está trabalhando agora?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: O próximo passo neste projeto é embalar o sensor e implementá-lo no campo. Também precisamos investigar mais métodos que nos permitam realizar detecção na presença de materiais anti-gelo para aplicações aeroespaciais.

Tudo é muito empolgante porque tivemos tal influxo de interesse de uma variedade de indústrias e então esperamos enfrentar os desafios únicos impostos por cada aplicação. Quaisquer que sejam os desafios, condições ambientais extremas, spray marinho, materiais anti-gelo, ou simplesmente estruturas aerodinâmicas complexas, acreditamos que somos capazes de implementar sensores de gelo bem-sucedidos.

A pesquisa foi financiada por uma Bolsa de Descoberta do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá, Bolsa Mitacs Accelerate, e bolsas da Fundação Canadense para Inovação, e do Departamento de Defesa Nacional Canadense.

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