Sensor Pesawat Canggih Memberikan Deteksi Es Real-Time dan Pemantauan Kecepatan Leleh

Peneliti dari University of British Columbia (UBC) di Okanagan telah meningkatkan respons real-time sensor es pesawat. Dengan antena yang tertanam, sensor yang ditingkatkan sekarang dapat segera mengidentifikasi dua jenis data penerbangan penting: penumpukan es dan kecepatan leleh.

Saat ini, deteksi es pada pesawat dilakukan dengan salah satu dari dua cara: dengan pemeriksaan mata konvensional, atau dengan pengukuran impedansi. Pengukuran impedansi membutuhkan pembentukan dan kemudian lelehnya es yang tertinggal sebelum dapat terdeteksi.

Sistem UBC menghilangkan ketergantungan pada konfirmasi visual dan kebutuhan air cair untuk mencermati penumpukan es, menurut peneliti utama dan Asisten Profesor UBC Mohammad Zarifi.

"Ini memungkinkan deteksi jauh sebelum pilot dapat secara visual menentukan apakah es ada," ujar Zarifi kepada Tech Briefs.

(Dalam video di bawah, lihat bagaimana Glenn Research Center menggunakan kamera untuk memeriksa bagaimana penumpukan es mempengaruhi mesin pesawat.)

Dengan menggabungkan antena ke dalam sensor, hasil dari perangkat yang dikembangkan UBC dapat dibagikan secara real-time dengan operator untuk mengatasi penumpukan apa pun.

Sensor microwave, sebenarnya, adalah struktur nanostruktur optik yang dikenal sebagai split-ring resonator (SRR), yang beroperasi pada 5,82 GHz. Sensor, dengan kemampuan pemanasan bawaan, secara efektif membedakan antara air dan es dengan mendeteksi perubahan properti dielektrik di atau di sekitar permukaannya.

Air menyimpan jumlah energi listrik yang lebih besar daripada es, dan SRR sangat cocok untuk mengukur dua tingkat permitivitas tertentu.

Penelitian terkait teknologi ini diterbitkan di jurnal Applied Materials and Interfaces . Studi, dipimpin oleh Prof. Zarifi, menunjukkan efektivitas SRR sebagai sensor deteksi es untuk aplikasi di mana es dan pembeku sangat penting, seperti pada pesawat, jalan, atau trotoar.

Sensor yang dipatenkan, yang dilapisi lapisan pelindung, sekarang sedang diuji untuk persetujuan oleh industri penerbangan. Tim UBC juga baru-baru ini mengumumkan pendanaan dari Departemen Pertahanan Nasional Kanada, yang akan memungkinkan para peneliti melanjutkan pengembangan.

Zarifi juga bekerjasama dengan sejumlah perusahaan turbin angin untuk menyesuaikan sensor ke dalam taman angin.

Karena teknologi ini dapat merasakan es asin, yang membeku pada suhu lebih rendah, perangkat ini juga dapat membantu mendeteksi penumpukan di rig minyak dan infrastruktur laut.

Dalam wawancara singkat dengan Tech Briefs di bawah, Prof. Zarifi menjelaskan mengapa perangkat ini telah menarik perhatian industri penerbangan dan energi terbarukan.

Tech Briefs: Rilis pers awal dari UBC  mengatakan bahwa Anda menerima banyak minat dari industri penerbangan dan energi terbarukan, berdasarkan temuan awal Anda. Bisakah Anda mengatakan lebih banyak tentang ini? Apa yang menarik bagi industri penerbangan dan energi terbarukan? Dan bagaimana reaksi mereka kemudian memberi tahu langkah berikutnya dari penelitian Anda?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Minat awal yang diterima pada perangkat pengesensor es kami datang dari aplikasi di mana properti aerodinamis suatu struktur sangat penting. Perubahan kecil pada bentuk sayap pesawat atau daun turbin angin akibat pembentukan es dapat berdampak drastis pada lift atau daya yang dihasilkan oleh struktur ini.

Pekerjaan mendatang di industri penerbangan pada sensor es ini akan meningkatkan sensitivitas perangkat terhadap pembentukan es dalam kehadiran cairan anti-esi yang biasanya dicabut untuk mengurangi kemungkinan terjadinya peristiwa es.

Tech Briefs: Bagaimana dengan turbin angin?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Deteksi es pada turbin angin dilakukan secara berbeda. Insinyur yang memantau turbin dapat memprediksi pembentukan es akibat penurunan produksi daya dibandingkan produksi yang diharapkan pada kecepatan angin yang sama. Sensor ini akan memiliki kemampuan untuk mendeteksi es jauh sebelum produksi daya terpengaruh dan memberikan waktu yang cukup bagi insinyur untuk menyalaikan sistem pengesesan. Berdasarkan informasi yang kami terima dari insinyur di industri angin, kami yakin langkah berikutnya adalah mengemas perangkat dan menerapkannya di lapangan untuk melakukan karakterisasi lebih lanjut dan mempersiapkannya untuk aplikasi industri.

Tech Briefs: Apa yang dapat terdeteksi oleh sensor Anda, dan bagaimana informasi sensor lebih berharga daripada opsi deteksi yang tersedia pada pesawat saat ini?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Sensor kami dapat mendeteksi pembentukan es jauh sebelum Anda dapat melihatnya terjadi pada permukaan. Kami juga dapat mengekstrak informasi seperti ketebalan es dan laju penumpukan. Ini berharga karena memberikan peringatan dini bagi pilot yang mengalami peristiwa pembeku di udara, memungkinkan mereka untuk mengaktifkan sistem anti-esi atau cukup mengubah ketinggian untuk menghindari kondisi tersebut.

Indikasi ketebalan es penting bagi orang yang bekerja pada turbin angin dari beberapa alasan. Pertama-tama adalah bahwa jika Anda bekerja di bawah turbin, Anda ingin yakin bahwa lembaran es tebal tidak akan rontok dan mungkin melukai seseorang. Alasan lain untuk deteksi ketebalan es yang akurat adalah karena dapat memberi tahu insinyur bagaimana memitching daun turbin untuk memaksimalkan hasil daya selama peristiwa pembeku.

Tech Briefs: Aplikasi apa yang mungkin setelah Anda dapat menggabungkan antena ke dalam sensor?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Baru-baru ini, kami telah menyelidiki penggunaan antena sebagai sensor. Kami tertarik menggunakan antena untuk deteksi es karena mereka dapat secara signifikan mengurangi kompleksitas pengaturan sensor. Jika kami dapat menerapkan serangkaian antena pemancar, yang beroperasi pada frekuensi berbeda, dan memiliki data yang ditransmisikan ke satu antena penerima, sentralisasi dan pemrosesan data secara signifikan disederhanakan. Ini memiliki aplikasi dalam kasus yang membutuhkan deteksi es di atas permukaan yang luas.

Inovasi Sensor Lainnya di Tech Briefs

Pelajari tentang sensor es berbasis roda NASA untuk kendaraan.

Transduser dari Lewis Research Center dapat mendeteksi kehadiran es.

Pergi ke Hub Pengetahuan Sensor & Pengujian kami.

Tech Briefs: Apa selanjutnya? Apa yang Anda kerjakan saat ini?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Langkah selanjutnya dalam proyek ini adalah memaketkan sensor dan menerapkannya di lapangan. Kami juga perlu menyelidiki lebih lanjut metode yang akan memungkinkan kami melakukan deteksi dalam kehadiran bahan anti-esi untuk aplikasi penerbangan.

Ini sangat menarik karena kami telah menerima aliran minat yang besar dari berbagai industri dan kami menantikan untuk menghadapi tantangan unik yang ditimbulkan oleh setiap aplikasi. Apa pun tantangannya, kondisi lingkungan ekstrim, sea spray, bahan anti-esi, atau hanya struktur aerodinamis yang kompleks, kami yakin kami mampu menerapkan sensor es yang sukses.

Penelitian ini didanai oleh Discovery Grant dari National Sciences and Engineering Research Council of Canada, Mitacs Accelerate Grant, dan dana dari Canada Foundation for Innovation, serta Departemen Pertahanan Nasional Kanada.

Apa pendapat Anda? Bagikan pertanyaan dan komentar Anda di bawah.