總空氣溫度傳感器的制造方法
【專利說明】總空氣溫度傳感器
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
本申請要求2013年10月16日申請的美國臨時專利申請第61/891，662號的優(yōu)先權(quán)，其完整內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開涉及總空氣溫度(TAT)探頭或傳感器。更具體來說，本公開涉及經(jīng)歷飛行中結(jié)冰效應(yīng)的TAT探頭。
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)代噴氣動力飛機需要非常準(zhǔn)確的外部空氣溫度(OAT)測量以輸入至空氣數(shù)據(jù)計算機、發(fā)動機推力管理計算機和其它機載系統(tǒng)。對于這些飛機類型、其相關(guān)飛行條件和總空氣溫度傳感器的一般使用，空氣溫度較佳通過下列四種溫度定義:(I)靜態(tài)空氣溫度(SAT)或(Ts)、(2)總空氣溫度(TAT)或(Tt)、(3)恢復(fù)溫度(I；)和(4)測量溫度(Tm)。靜態(tài)空氣溫度(SAT)或(Ts)是飛機將穿過其飛行的未受干擾空氣的溫度?？偪諝鉁囟?TAT)或(Tt)是可通過飛行動能的100%轉(zhuǎn)換達(dá)成的最大空氣溫度。TAT的測量源自恢復(fù)溫度(?；)，其是歸因于動能的不完全恢復(fù)導(dǎo)致的飛機表面每個部分上的局部空氣溫度的絕熱值。恢復(fù)溫度(Tr)從測量溫度(Tm)獲得，其是如測量的實際溫度且因為歸因于強加的環(huán)境的熱轉(zhuǎn)移效應(yīng)而與恢復(fù)溫度不同。
[0004]常規(guī)的TAT探頭，雖然通常與TAT傳感器一樣非常高效，但是有時面臨在結(jié)冰條件中工作的困難。傳統(tǒng)的TAT探頭利用正向進(jìn)氣口。在結(jié)冰條件中飛行期間，水滴和/或冰晶被吸入TAT探頭中，其中在溫和至苛刻條件下，其可能圍繞內(nèi)部傳感元件的開口粘附。冰脊可生長并且最終斷裂，短暫阻塞傳感器并且導(dǎo)致TAT讀數(shù)的誤差。為了解決這個問題，常規(guī)的TAT探頭已并入肘部或彎曲部以在這些粒子到達(dá)傳感元件之前將其與氣流慣性分離。
[0005]此外，傳統(tǒng)上，抗結(jié)冰性能還通過嵌入外殼壁中的加熱元件而得以促進(jìn)。不幸的是，外部加熱也會加熱內(nèi)部氣流，其在未適當(dāng)控制的情況下提供TAT測量中的外來熱源。這種類型的誤差通常被稱作除冰加熱誤差(DHE)或DHE校正。此外，為了解決更嚴(yán)重的結(jié)冰條件，加熱元件必須實現(xiàn)更高溫度，其導(dǎo)致除冰所需的更大功率。
[0006]這些挑戰(zhàn)的一些解決方案已描述于美國專利第7，357，572號、美國專利第8，104，955號和美國專利第7，828，477號中，每個專利的完整內(nèi)容以引用的方式并入本文中。這些常規(guī)方法和系統(tǒng)已大致被視為滿足其期望目的。但是，本領(lǐng)域現(xiàn)存對改進(jìn)的TAT探頭構(gòu)造的需要。本公開提供這些問題的解決方案。
發(fā)明概要
[0007]總空氣溫度(TAT)探頭包括探頭主體、內(nèi)流道、傾斜表面和溫度傳感器。探頭主體沿著縱軸從探頭底座延伸至相對探頭尖端并且界定前緣和相對后緣。內(nèi)流道與探頭主體中界定的縱軸對齊，具有探頭尖端上界定的用于將流體流體連通至內(nèi)流道中的進(jìn)口和用于將流體從內(nèi)流道排出的出口。傾斜表面在探頭尖端上從前緣延伸至后緣。傾斜表面與前緣平齊且相對于縱軸從后緣內(nèi)凹以鄰近后緣界定唇部。傾斜表面和唇部被構(gòu)造來鄰近內(nèi)流道的進(jìn)口形成高壓區(qū)域。溫度傳感器被安裝在內(nèi)流道內(nèi)用于測量穿過內(nèi)流道的流體的溫度以確定總空氣溫度。
[0008]探頭主體可成形為橢圓筒并且可具有垂直于縱軸的橢圓形橫截面形狀。內(nèi)流道可能是圓筒形的。還設(shè)想溫度傳感器可被定位來實質(zhì)上避免來自源于除冰加熱器的加熱邊界區(qū)域的熱用于減小除冰加熱誤差(DHE)。此外，TAT探頭可包括被安置在內(nèi)流道與溫度傳感器之間的隔熱罩。隔熱罩可為圓筒形的并且存在針對隔熱罩與內(nèi)流道之間的流體通道的間隙。
[0009]TAT探頭還可包括沖擊端口，其具有界定在探頭的前緣中的端口進(jìn)口和界定在探頭中與端口進(jìn)口連通的端口通道。沖擊端口可為皮托管端口。還設(shè)想TAT探頭可包括至少一個除冰加熱器，其被安裝在端口進(jìn)口后部的探頭主體中，其被構(gòu)造來通過形成加熱邊界區(qū)域而加熱端口進(jìn)口和端口通道以減小端口進(jìn)口和端口通道中的結(jié)冰。
[0010]此外，TAT探頭可包括界定在探頭主體中介于前緣與和縱軸對齊的內(nèi)流道之間的排放通道，其具有界定在探頭尖端上用于將流體流體連通至排放通道的排放進(jìn)口和用于將流體從排放通道排出的排放出口。排放進(jìn)口可為V形且排放通道可具有垂直于V形的縱軸的橫截面形狀。排放通道可被構(gòu)造來減小從加熱邊界區(qū)域到達(dá)溫度傳感器的熱。排放出口可在垂直于縱軸的平面中及在分別于相對于探頭主體的橫截面的長軸和短軸成60度角和30度角的平面中從排放通道延伸。還設(shè)想可存在用于將流體從排放通道排出的多個排放出口。每個排放出口可獨立于如上所述的排放通道延伸。
[0011]還設(shè)想TAT探頭可包括安裝凸臺和安裝凸緣，其將探頭主體可操作地連接至發(fā)動機。安裝凸臺可具有等于或小于.75英寸(1.905 cm)的直徑。
[0012]本領(lǐng)域技術(shù)人員將從結(jié)合附圖進(jìn)行的優(yōu)選實施方案的下文詳細(xì)描述中變得更易于了解本公開的系統(tǒng)和方法的這些和其它特征。
【附圖說明】
[0013]因此，本技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解如何在無需過度實驗的情況下制作和使用本公開的裝置和方法，將參考特定圖在下文中詳細(xì)描述其優(yōu)選實施方案，其中:
圖1是根據(jù)本公開構(gòu)造的總空氣溫度(TAT)探頭的示例性實施方案的透視圖，其示出被安裝在飛機上的TAT探頭；
圖2是圖1的TAT探頭的放大透視圖，其示出探頭主體、安裝凸臺和安裝凸緣；
圖3是圖1的TAT探頭的部分剖開透視圖，其示出沖擊端口和除冰加熱器；
圖4是圖1的TAT探頭的一部分的透視圖，其示意示出穿過探頭主體的氣流；和圖5是圖1的TAT探頭的一部分的橫截面端視圖，其示意示出加熱邊界區(qū)域如何避免接觸溫度傳感器。
【具體實施方式】
[0014]現(xiàn)將參考附圖，其中相同參考數(shù)字標(biāo)注本公開的類似結(jié)構(gòu)特征或方面。為了說明和圖解的目的且非限制，根據(jù)本公開的總空氣溫度探頭的示例性實施方案的局部視圖示于圖1中并且大致用參考符號100標(biāo)注。根據(jù)本公開的總空氣溫度探頭的其它實施方案或其方面提供在如將描述的圖2至圖5中。本文中描述的系統(tǒng)和方法可用于減小或消除總空氣溫度(TAT )探頭中的除冰加熱誤差(DHE )。
[0015]如圖1和圖2中所示，TAT探頭100包括圖5中所示的探頭主體102、內(nèi)流道104、傾斜表面118和TAT傳感器122。探頭主體102沿著縱軸A從探頭底座106延伸至相對探頭尖端108且界定前緣110和相對后緣112。雖然探頭主體102被示為且描述為橢圓筒的示例性實施方案，其具有垂直于縱軸A的橢圓形橫截面形狀，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解探頭主體102可為任意適當(dāng)形狀，諸如翼形、截頭翼形、圓形或橢圓形。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解橢圓筒探頭主體形狀可易于在高攻角下提供負(fù)壓系數(shù)分布同時維持傳統(tǒng)TAT探頭中存在的低后緣渦流和低曳力。
[0016]繼續(xù)參考圖1和圖2，TAT探頭100包括安裝凸臺140和安裝凸緣142，其用于將探頭主體102連接至發(fā)動機或其它結(jié)構(gòu)。設(shè)想對于小型發(fā)動機應(yīng)用，例如，安裝凸臺140可具有等于或小于.75英寸(1.905 cm)的直徑。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解雖然TAT探頭100的形狀和尺寸可容易地配合至小型新發(fā)動機裝置外殼或改裝發(fā)動機裝置外殼，即，等于或小于.75英寸(1.905 Cm)，但是尺寸和形狀可根據(jù)需要縮放以適應(yīng)較大尺寸發(fā)動機以及機身飛機中的較大或較小直徑裝置外殼。
[0017]如圖2至圖4中所示，傾斜表面118在探頭尖端108上從前緣110延伸至后緣112。傾斜表面118與前緣110平齊且相對于縱軸A從后緣112內(nèi)凹以鄰近后緣112界定唇部120。傾斜表面118和唇部120被構(gòu)造來鄰近內(nèi)流道104的進(jìn)口 114形成高壓區(qū)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解高壓區(qū)域提供進(jìn)口 114與出口 116之間的大壓力梯度供可靠的流量穿過流量通道104以在多種條件下用氣流浸洗TAT傳感器122。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將易于了解由于在TAT探頭100中不存在如傳統(tǒng)TAT探頭上存在的進(jìn)氣口，所以不存在供含污染物(諸如水和冰)的氣流進(jìn)入內(nèi)流道104的直接進(jìn)口。因此，無需加熱內(nèi)流道104或進(jìn)口 114以防止結(jié)冰，得到減小的DHE。
[0018]現(xiàn)參考圖2至圖3，TAT探頭100包括沖擊端口 128，例如，皮托管端口，其具有界定在探頭的前緣110中的端口進(jìn)口 130和界定在探頭主體102中與端口進(jìn)口 130流體連通的端口通道132。皮托管端口 128被構(gòu)造來進(jìn)行總壓力Pt測量?？偪諝鉁囟忍筋^100包括至少一個除冰加熱器124，其被安置在端口進(jìn)口 130后部的探頭主體102中，其被構(gòu)造來通過形成加熱邊界區(qū)域而加熱端口進(jìn)口 130和端口通道132以防止端口進(jìn)口 130和端口通道132中的過度結(jié)冰以及確保Pt測量不受干擾地進(jìn)行。探頭主體102是制造相對簡單的設(shè)計并且提供比傳統(tǒng)TAT探頭中提供的更均勻的熱分布。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解除冰加熱器124無需纏繞并且釬焊至探頭頭部102上的適當(dāng)位置，因此探頭頭部102可被完整加工，減小當(dāng)具有外部加熱器槽的傳統(tǒng)TAT探頭被鑄造時通常發(fā)生的變動。更均勻的熱分布允許探頭主體102中減小的熱點并且通過除冰加熱器124減小功率消耗。
[0019]本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解由于除冰加熱器124被構(gòu)造來僅將端口進(jìn)口 130和通道132除冰。因此，熱可局部化在端口進(jìn)口 130和通道132上且所需熱量比傳統(tǒng)TAT探頭中所需的少，得到更高效的除冰。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解雖然本文中示出和描述除冰加熱器，但是歸因于進(jìn)口 114和內(nèi)流道104的構(gòu)造圍繞TAT傳感器122的探頭的部分可能無需除冰加熱器。