CN101558315A - 用于测量流的总压的设备及使用该设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量流的总压的方法和设备。按照本发明，所述设备包括皮托管(25)、用于测量流体停滞点处总压的装置(4，12)和比较装置，所述比较装置用于比较由皮托管(25)测量的压力和由所述用于测量流体停滞点处总压的装置(4，12)测量的压力，所述皮托管(25)和所述测量流体停滞点处总压的装置(4，12)被连接在一起并从沿着同一轴线(7)的流中取样空气流。使用所述设备的方法包括：比较所测量的压力，如果两个测量的压力之间的差大于预定偏差，则产生报警，指示只有较高的压力才可能正确。

Description

用于测量流的总压的设备及使用该设备的方法

本发明涉及一种用于测量流的总压的设备。本发明还涉及使用按照本发明的设备的方法。使飞行器飞行需要了解它的空速，即与涉及的风相关的速度。该速度是利用传感器确定的，这些传感器感知静压Ps，总压Pt，迎角α和侧滑角β。α和β提供参照系统或参照框架内与飞行器有关的速度矢量的方向，Pt-Ps提供该速度矢量的系数(模数)。因此四个空气动力学参数使得确定飞行器的速度矢量成为可能，而且附带地，使所谓的“转换”型倾斜旋翼飞行器的速度矢量的确定成为可能。

总压Pt通常使用称作皮托(空速)管的管来测量。这是在其一端开口、在另一端闭合的管。管的开口端基本面向流。

在皮托管内部，靠近闭合端附近，设置有用于测量内部气压的装置。位于管上游的气流逐渐变慢，直到在管的入口处达到零速。空速的减慢使气压增加。该增加的气压形成气流的总压Pt。

实际上，气流会携带极易进入皮托管的固体或液体的颗粒并在管内的闭合端累积。为了避免这样的破坏压力测量的累积，所述闭合端通常具有排出孔，任何颗粒都能通过该孔被去除。

颗粒和一些已经进入皮托管的空气都流过所述孔。因此，管内空气的流动是不完全的而且总压Pt的测量也被破坏。更具体地，为了避免大尺寸颗粒的累积要做更多的努力，随着排出孔的尺寸增加，总压的测量越容易被破坏。

相反，通过减小排出孔的尺寸，更多的努力被用于改善总压Pt的测量，但累积的颗粒要增多的风险就越大。

对于皮托管，因此有必要在总压Pt的测量质量和破坏测量的风险之间取得折衷，所述风险是由测量处通过气流携带的颗粒引起。

为了降低这种缺点的影响，要使用测量停滞点处总压的探测器。更具体地，该探测器从气流使至少两股气流流出并使它们彼此接触，以降低它们的速度。测量在空气被变慢的区域内的压力，而且该测量压力给出流的总压。象这样的探测器在法国专利申请NO.FR2823846中被公开。

两种类型的探测器，即皮托管和停滞点探测器，都不易受到同样的阻塞的危险。皮托管易受到小尺寸颗粒的影响，这些颗粒有可能阻塞排出孔。停滞点管易受到大尺寸物体的影响，比如鸟，这些物体会阻塞流出气流的区域。

本发明的一个目的是通过提出两种类型的管的组合来解决这个问题。

本发明的另一个目的是，提供一种冗余管，其中总压的测量是通过利用两种不同的原理。那么，这就限制了任何普通模式的不足，这些不足会负面地影响用同一原理操作的冗余管。

为此，本发明的主题是一种测量流的总压的设备，它包括皮托管，其特征在于，它还包括用来在停滞点处测量总压的装置和比较装置，所述比较装置比较由皮托管测量的压力和测量停滞点处总压的装置所测量的压力，所述皮托管和测量停滞点处总压的装置被连在一起，并沿着同一轴线使气流流出流。

本发明的另一主题是一种使用上述设备来测量流的总压的方法，其特征在于，它由下述组成：

比较测量的压力，

如果两个测量压力之间的差大于给定偏差，那么产生报警，明确只有较高的压力有很大的可能性作为正确的结果。

在阅读借助附图对一个示意性实施方式进行详细说明的基础上，本发明会变得更容易理解，而且其它的优点会变得明显，其中：

图1是用来测量流的总压的设备，其包括用来测量停滞点处总压的装置；

图2是用来测量流的总压的设备，其包括皮托管以及用来测量停滞点处总压的装置，该测量总压的设备相对于飞行器的外表面被固定；

图3是图2的设备被固定到沿着流的轴线自定向的翼；

图4是执行本发明的设备的方法的各个步骤。

为了清晰起见，在各个图中同样的元件将采用同样的参考序号。

图1是用来测量总压的设备，它的位置相对于所处的飞行器的外表面1被固定。所述设备被固定到支柱2，而将它安装到外表面1。所述设备包括含有管道4的中空体3。该设备位于气流中，气流的方向由箭头5表示。

几股气流在环面内从流流出，沿着同一个管道4被引导。更具体地，管道4包括基本与流方向5成直角敞开的上游端6。管道4具有围绕轴线7的基本管状形状。

管道4位于外圆柱壁8和内圆柱壁9之间。这两个壁沿着轴线7延伸。在上游端6，内圆柱壁9在成倒圆的端部10处终止，使得进入管道4的气流被分离。图1中描述的实施方式有利地展示了沿着气流方向5绕轴线7的旋转对称。

沿管道4流动的气流的流由箭头11标示。各个气流沿着管道4流动，并且为了在中空体3的区域12内形成停滞点，在经过至少一个下游孔离开中空体3之前，彼此接触。管道4再次围绕区域12闭合，在区域12处各个流过管道4的气流相互接触，于是它们的速度彼此减缓。

在所述实施方式中，中空体3包括两个下游孔15和16。孔15位于外壁8的延续部分中并允许气流沿着轴线7的流方向5直接离开。孔16位于内壁9的延续部分中并允许气流在与流方向5相反的方向离开区域12。离开孔16的气流在内管道17内混合，内管道17部分位于支柱2内并将气流排放到沿着与轴线7平行的轴线18的流中。

管21的入口20位于区域12内并在区域12内形成测压点。中空体3被固定到支柱2，管21在支柱内延伸。

区域12内的气压代表流中的总压Pt。管21在其第二端被连接到压力测量设备，比如压力传感器。该压力传感器位于飞行器内部，这时管21从中空体3的内部伸出，沿着支柱2的内部通过，直达飞行器的内部。

在壁8和9之间形成的管道4相对于飞行器的外表面1处于固定位置。同样可能的是，管道4被固定到可动翼，从而当飞行器相对流的轴线7改变路线时，提高管道与流的轴线7的对准性。

图2是用来测量流的总压的设备，其包括皮托管25和用于测量停滞点处总压的装置。更具体地，它再次画出了图1所述设备的各个元件，以及具有排出流中的空气的开口26的皮托管25。所述开口26位于管道4内部。皮托管25有利地包括排出孔，这在图2中没有画出，该孔允许任何可能已经进入皮托管25的颗粒，比如流中存在的水滴，从管内被排除。排出孔在皮托管底部处开口并在内管道17内露出。

有利地，皮托管25的开口26位于形成开口的上游端6的下游，该开口也以序号6表示。用于测量停滞点处总压的装置的开口6使得气流从流中排出。形容词上游和下游限定为依据流的方向。皮托管25的开口26位于倒圆端10处的内圆柱壁9上。在皮托管25内的空气流速远远地小于流过管道4朝向区域12的气流的空气流速。结果，管道4内部由于存在皮托管25引起对测量停滞点处总压的装置的可忽略的破坏。另外，开口26位于开口6下游的事实使得流被导向皮托管25的上游。这种引导改善了由皮托管进行的总压测量，即使流的轴线5与管道4的轴线7有角度偏离，比如当靠近所述设备的流的局部影响范围变化时。

有利地，皮托管25的开口26基本是圆形，并且以管道4的轴线7为圆心。这样设置的原因是为了保证所述设备良好地对称，更具体地是保证管道4内的气流流是对称的。这种对称对于保证区域12的良好位置是很重要的。

管28的孔27位于皮托管25的封闭端，并有可能产生测压点，用于测量皮托管25的封闭端处的压力。这个压力对应流的总压。管28在支柱2内部延伸。在区域12内的测压点及皮托管25的测压点提供两个有关流的总压的冗余信息项。这两个信息项利用不同的原理来获得，一个利用皮托管，另一个利用停滞点，因此它们不会受到同样的错误风险。

所述设备还包括比较装置，用于比较由皮托管25测量的压力和由停滞点处测量总压的装置测量的压力。管21和28的每一个都具有位于飞行器内部的第二端，分别是30和31。以简单的方式，利用两个压力传感器，每个传感器位于所述端部30和31中的一个，有可能测量每个管21和28内的压力。所述比较装置将通过每个压力传感器获得的值进行比较。

有利地，所述比较装置包括压差传感器或流量计32，该传感器或流量计使得省略两个压力传感器中的一个成为可能。

有利地，所述设备包括仅仅一个绝对压力传感器33，该传感器测量在停滞点处用于测量总压的装置处的压力。具体地，所述停滞点使得有可能允许更大尺寸的颗粒进入管道4，而这些颗粒能被皮托管25允许，对总压的测量没有任何偏差。因此，对于测量停滞点处总压的装置而言，出现阻塞的危险要低。在降级的操作中，可以应付与测量停滞点处总压的装置相关的传感器33提供的测量。

图2描述的是相对于飞行器的外表面1具有固定位置的设备，该设备包括皮托管和用来测量停滞点处总压的装置。同样可能的是，为了限制流在局部范围的变化对压力测量的影响，将皮托管25和在停滞点处测量总压的装置安装在意图沿着流的轴线5自定向的装置上。

图3是本发明的另一实施方式，其中中空体3相对于飞行器的外表面1具有可移动的位置。如图2所示的实施方式，布置在中空体3内的是管道4和区域12，它们构成测量停滞点处总压的装置，以及皮托管25。中空体3被固定到能绕轴线36移动的翼35。根据所述设备附近的流的局部影响范围，所述翼35意图能够在流中自定向。所述翼被固定到基本垂直于飞行器的外表面1的轴37。比如为滚动接触型的轴承38使所述轴37相对于飞行器的外表面容易转动，而同时在除了绕着轴线36进行旋转的自由度以外具有多个自由度的情况下将该轴承精确地定位。

当连接到管21和28的压力传感器32和33位于飞行器的外表面1的内部时，旋转接头(图3没有画出)一方面插在管21和28之间，另一方面插在压力传感器32和33之间，都是有利的，从而将压力传感器32和33相对于飞行器保持在固定位置。所述旋转接头可以体现为传统的铰接方式。通过在管21、28和压力传感器32、33之间插入柔性管而有利地得到所述旋转接头，如本申请人公司提交的法国专利申请FR2847672所述。

有利地，所述设备包括加热装置，使它能在高海拔下在该设备的壁上更具体在管道4或在皮托管25内会形成冰的环境下工作，这些装置比如包括埋在围绕管道4和皮托管25的探测器之实心部分内的耐热元件。所述加热装置既可以被用于相对于飞行器的外表面具有固定位置的设备，也可以用于具有可移动位置的设备。在其位置可以移动的情况下，给耐热元件供电的电线穿过旋转接头。

图4描述执行本发明的设备的方法的各个步骤。

第一步40是比较由两个测压点即与皮托管有关的测压点和停滞点有关的测压点测量的压力。换句话说，在两个管21和28处测量的压力之间做出比较。该比较直接通过流量计或压差传感器32执行。在使用流量计时，压力之间的差异取决于空气的密度及其温度。这两个参数是通过位于所述设备外面的其它探测器来确定。

第二步41是将在步骤40中获得的差与给定偏差E作比较，该给定偏差E取决于飞行器飞行的周期，即起飞、着陆或巡航飞行。在巡航飞行中，给定偏差E的值取决于减小飞行器之间的垂直间隔是否正在实施，其英语缩略词RVSM为人熟知(即代表“最小垂直间隔”)。如果所述差小于给定偏差E，则步骤42认为两个测量压力都是正确的。另一方面，如果两个测量压力之间的差大于给定偏差E，则步骤43涉及给飞行器的飞行员报警，指示只有较高的压力有更大的正确可能性。接着，在步骤44中，宣布较低的压力测量值无效，保留较高的压力测量值。

在总压测量设备中实际发生的是，发生故障的最可能的原因是通向区域12的管道4的阻塞或者皮托管25的阻塞。这样的阻塞导致压力测量值接近流的静态压力，因此压力测量值小于总压。宣布一个测量值无效使得有可能产生报警，目的是给操纵者比如飞行员和飞行器的地面工作人员警告。

在设备包括压差传感器32和绝对传感器33的情况中，如果由传感器33测量的值被宣布无效，则为了获得在管28的端部31处测量的值，即使该测量值已经被宣布无效，也将传感器33取得的测量值加到从压差传感器32获得的测量值上。

如果管道4和皮托管25都同时被阻塞，例如在设备与鸟互撞的情况下，两个压力测量值都被宣布无效。这一情景能够通过测量的压力值突然变动来检测。这样的变动在正常的飞行条件下是不可能的，因此应被理解为指示整个设备出现故障。

Claims (10)

1、一种用于测量流的总压(Pt)的设备，包括皮托管(25)，其特征在于，所述设备还包括用于测量停滞点处总压的装置(4，12)以及比较装置(32，33)，所述比较装置比较由皮托管(25)测量的压力和测量停滞点处总压的装置(4，12)所测量的压力，所述皮托管(25)和测量停滞点处总压的装置(4，12)被连在一起，并沿着同一轴线(7)使气流排出所述流

2、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于测量停滞点处总压的装置包括基本管状的管道(4)和区域(12)，所述管道(4)相对于流的轴线(5)基本成直角地开口以将气流从所述流中排出，流过管道(4)的各个气流在所述区域(12)中接触以便彼此减速，所述皮托管(25)包括用于将空气从流中排出的开口(26)，而且所述开口(26)位于所述管道(4)内部。

3、如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述皮托管(25)的开口(26)位于所述用于测量停滞点处总压的装置之开口(6)的下游，所述装置的开口(6)使得气流从所述流中排出。

4、如权利要求2或3所述的设备，其特征在于，管道(4)的基本管状形状围绕轴线(7)展开，而且所述皮托管(25)的开口(26)基本是圆形的并以所述管道(4)的轴线(7)为中心。

5、如前述任一个权利要求所述的设备，其特征在于，用于比较由皮托管(25)获得的压力和由用于测量停滞点处总压的装置(4，12)获得的压力的所述比较装置包括压差传感器或流量计(32)。

6、如前任一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备包括仅一单个的绝对压力传感器(33)，该传感器测量在用于测量停滞点处总压的装置(4，12)处的压力。

7、如前任一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述皮托管(25)和所述测量停滞点处总压的装置(4，12)相对于飞行器的外表面(1)占据固定的位置。

8、如权利要求1-6任一个所述的设备，其特征在于，所述皮托管(25)和所述用于测量停滞点处总压的装置(4，12)被固定到欲沿着流的轴线(5)自定向的装置(35，36，37，38)。

9、一种使用按照前面任一权利要求的设备来测量流的总压的方法，其特征在于，其具有下列步骤：

比较所测量的压力(40)，

如果两个测量的压力之间的差大于给定偏差(E)，则产生报警(43)，指示只有较高的压力具有良好的正确可能性。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，在已经产生报警后，宣布较低的压力测量值无效(44)，保留较高的压力测量值。

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