CN104833443B

CN104833443B - 总空气温度传感器

Info

Publication number: CN104833443B
Application number: CN201410539799.1A
Authority: CN
Inventors: C.施维; K.科尼亚; E.朱厄特
Original assignee: Rosemount Aerospace Inc
Current assignee: Rosemount Aerospace Inc
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: CN109141681A; CN104833443A; CN109141681B

Abstract

一种总空气温度传感器包括探测器头、支柱和紊流诱发表面。所述探测器头具有气流进口和气流出口。所述支柱界定沿着纵轴延伸的前缘和相对后缘，且连接在所述探测器头与相对探测器底座之间。所述紊流诱发表面界定在所述前缘后部的所述支柱中。所述紊流诱发表面被构造来遮断行经所述支柱上方的流体边界层以从层流过渡为紊流用于使流分离朝向所述后缘移动以减小来自所述总空气温度传感器的噪声发射。

Description

总空气温度传感器

相关申请案的交叉参考

本申请案要求2013年10月15日提交的美国临时专利申请案第61/891,200号的优先权，其全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及温度传感器，且更具体地涉及诸如航天航空应用中使用的总空气温度传感器。

背景技术

现代喷气动力飞机需要非常准确的外部空气温度测量以输入至空气数据计算机、发动机推力管理计算机和其他机载系统。对于这些飞机类型，其相关飞行条件和总空气温度传感器的一般使用，空气温度更好地通过下列四种温度定义：（1）静态空气温度（SAT）或（TS）、（2）总空气温度（TAT）或（Tt）、（3）恢复温度（Tr）和（4）测量温度（Tm）。静态空气温度（SAT）或（TS）是飞机将穿过其飞行的未受扰动空气的温度。总空气温度（TAT）或（Tt）是可通过流量动能的100%转换达成的最高空气温度。TAT的测量源自恢复温度（Tr），其是归因于动能的不完全恢复导致的飞机表面每个部分上的局部空气温度的绝热值。恢复温度（Tr）从测量温度（Tm）获得，其是如测量的实际温度且因为归因于强加环境的热转移效应而可能与恢复温度不同。

总空气温度传感器的一个现有挑战与噪声发射相关。空气弹性变形形成的气流扰动已被称作咆哮、啸声、轰鸣和哨声且从机身探测器报告在驾驶舱内达到82 dBA的声压级。在流体流动形成高于大约50的雷诺数时，卡曼涡街出现且涡流从钝机翼后缘或钝体的交替侧溢出。卡曼涡流形成循环力，其主要垂直于气流并且导致空气弹性涡激振动。空气弹性涡激振动发声会影响TAT传感器或任意机翼。涡激振动还可能导致结构损坏。

这些传统方法和系统已大致被视为满足其期望目的。但是，本领域仍存在对实现改进的总空气温度传感器性能（包括减小的声发射）的系统和方法的需要。本公开提供这些问题的解决方案。

发明内容

紊流诱发表面可界定为沿着相对于支柱的纵轴在轴向方向上的支柱的表面的条状物。此外，紊流诱发表面可包括界定在支柱的第一表面中的部分和界定在支柱的第二表面中的部分，第二表面与第一表面相对。界定在第一表面中的紊流诱发表面的部分可界定为相对于支柱的纵轴的轴向方向上的第一条状物，且界定在第二表面中的紊流诱发表面的部分可界定为第二条状物，其中第二条状物与第一条状物相对。此外，紊流诱发表面可被界定为与后缘相比更邻近前缘。紊流诱发表面可被构造来减小卡曼涡流相互作用。此外，紊流诱发表面可包括特征部，诸如多个圆形通道、多个线性锯齿、多个内凹、凸缘和/或线性通道。

在特定实施方案中，总空气温度传感器包括正如上文所述的探测器头和支柱，和锯齿表面，其界定在前缘后部的支柱中，其被构造来遮断行经支柱上方的流体边界层以从层流过渡为紊流以使流分离朝向后缘移动以减小来自总空气温度传感器的噪声发射。锯齿表面包括对角的一系列连接锯齿，其中锯齿具有在整个系列内重复的大致恒定几何形状。

锯齿表面可包括连接一系列连接锯齿的顶点以界定一系列三角形的线性通道。锯齿表面可包括平行于线性通道的第二系列锯齿。每个第二系列锯齿可切割穿透来自一系列三角形的各自三角形。锯齿表面可包括平行于线性通道的第三系列锯齿，每个第三系列锯齿可在不同于第二系列锯齿的位置上切割穿透来自一系列三角形的各自三角形。此外，锯齿表面可被构造来减小卡曼涡流相互作用。此外，锯齿表面可包括界定在支柱的第一表面中的一部分和界定在支柱的第二表面中的一部分，如上文参考紊流诱发表面描述。此外，锯齿表面可被界定为与后缘相比更邻近前缘。

本领域技术人员从结合附图进行的优选实施方案的以下详细描述中将变得更易于了解本公开的系统和方法的这些和其他特征。

附图说明

因此，本公开相关领域的技术人员将易于了解如何在无需过度实验的情况下制作和使用本公开的装置和方法，将参考特定图在下文中详细描述其优选实施方案，其中：

图1是根据本公开构造的总空气温度传感器的示例性实施方案的透视图，其将紊流诱发表面示为锯齿表面；

图2是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其示出包括线性凸缘的紊流诱发表面；

图3是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其将紊流诱发表面示为锯齿表面，其中锯齿表面包括对角的线性锯齿；

图4是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其将紊流诱发表面示为锯齿表面，其中锯齿表面包括对角的线性锯齿和连接线性锯齿的顶点的线性通道；

图5是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其示出包括多个线性通道的紊流诱发表面；

图6是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其将紊流诱发表面示为锯齿表面，其中锯齿表面包括对角的重叠线性锯齿；

图7是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其示出包括多个内凹的紊流诱发表面；

图8是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其将紊流诱发表面示为锯齿表面，其中锯齿表面包括对角的重叠线性锯齿；

图9是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其示出包括多个重叠圆形通道的紊流诱发表面；且

图10是根据本公开构造的总空气温度传感器的另一个示例性实施方案的透视图，其示出包括线性通道的紊流诱发表面。

具体实施方式

现将参考附图，其中相同参考数字标注本公开的类似结构特征或方面。为了说明和图解的目的且非限制，根据本公开的总空气温度传感器的示例性实施方案的部分图示于图1中并且大致用参考符号100标注。根据本公开的总空气温度传感器的其他实施方案或其方面提供在如将描述的图2至图10中。本文中描述的系统和方法可用于减小来自总空气温度（TAT）探测器和其他机翼的噪声发射。

如图1中所示，总空气温度传感器100包括探测器头102和支柱104。探测器头102具有气流进口106和气流出口108。支柱界定沿着纵轴A延伸的前缘110和相对后缘112，且连接在探测器头102与相对探测器底座114之间。锯齿表面116（例如，一种类型的紊流诱发表面）界定在前缘110后部的支柱104中。锯齿表面116被构造来遮断行经支柱104上方的流体边界层以从层流过渡为紊流用于例如相对于当流分离另外可能发生的情况而将流分离朝向后缘112移动以减小来自总空气温度传感器100的噪声发射。锯齿表面116包括对角的一系列120连接锯齿118，其中锯齿118具有在系列120内重复的大致恒定几何形状。存在连接一系列120连接锯齿118的顶点124以界定一系列三角形126的线性通道122。锯齿表面116包括平行于线性通道122的第二系列128锯齿118，每个第二系列128锯齿118切割穿透来自一系列三角形126的各自三角形。锯齿表面116包括平行于线性通道122的第三系列130锯齿118，每个第三系列130锯齿118在不同于第二系列128锯齿118的位置上切割穿透来自一系列三角形126的各自三角形。锯齿表面116被构造来减小卡曼涡流相互作用。虽然锯齿表面116在图1中被示为具有两个锯齿（分别切割穿透来自一系列三角形126的三角形的第二系列锯齿128和第三系列锯齿130），但是本领域技术人员将易于了解切割穿透各自三角形的锯齿数可变化，例如，除第二系列128和第三系列130外可能存在切割穿透各自三角形的第四系列锯齿。

本领域技术人员将易于了解虽然锯齿表面116被示为包括界定在支柱的第一表面132中的一部分，但是一部分也可界定在支柱的第二表面（未示出）中，第二表面与第一表面132相对。此外，本领域技术人员将易于了解界定在第一表面132中的锯齿表面116的部分可被界定为第一条状物，例如，三角形条状物126，且界定在第二表面中的锯齿表面116的部分可被界定为第二条状物，例如，第二三角形条状物126，其中第二条状物与第一条状物相对。换句话说，可在支柱104的任一侧或仅一侧上具有锯齿表面的一部分。此外，虽然锯齿表面116被界定为与后缘112相比更邻近前缘110，但本领域技术人员将易于了解锯齿表面116可界定在沿着支柱104的不同位置或不同定向中。此外，虽然锯齿表面116被示为具有相对于支柱104的深度，但是本领域技术人员将易于了解锯齿表面116和其所包括的特征部（例如，三角形126）还可相对于支柱104突起。

现参考图2至图10，总空气温度传感器200、300、400、500、600、700、800、900和1000包括各自探测器头、支柱和紊流诱发表面。总空气温度传感器200、300、400、500、600、700、800、900和1000上的探测器头和支柱是如上所述的类似探测器头102和支柱104。本领域技术人员将易于了解每个总空气温度传感器200、300、400、500、600、700、800、900和1000的紊流诱发表面可包括并且组合多种特征部，诸如多个圆形通道、各种配置的多个线性锯齿、多个内凹、凸缘和/或线性通道。

继续参考图2至图10，紊流诱发表面 216、316、416、516、616、716、816、916和1016被构造来遮断流体边界层，导致较小噪声发射，多如上文参考锯齿表面116描述。紊流诱发表面 216、316、416、516、616、716、816、916和1016还被构造来减小卡曼涡流相互作用，类似于上述锯齿表面116。此外，本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面 216、316、416、516、616、716、816、916和1016被构造来包括支柱的第一表面上的部分（类似于总空气温度传感器100的第一表面132）和界定在支柱的第二表面中的一部分（图中未示出），第二表面与第一表面相对。换句话说，紊流诱发表面（例如，216）可在支柱（例如204）的两侧上。

如图2中所示，总空气温度传感器200包括界定在前缘210后部的支柱204中的紊流诱发表面216。紊流诱发表面216包括线性凸缘218。虽然紊流诱发表面216被大致界定在前缘210与后缘212之间，但是本领域技术人员将易于了解凸缘218可如适于给定应用移动。

如图3中所示，总空气温度传感器300包括界定在前缘310后部的支柱304中的紊流诱发表面316。紊流诱发表面316（例如，锯齿表面）包括配置成条状物的一系列线性锯齿318。线性锯齿318按对角连接且具有在系列内重复的大致恒定几何形状。虽然紊流诱发表面316被界定为与后缘312相比更邻近前缘310，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面316可如适于给定应用移动和定向。此外，本领域技术人员将易于了解虽然线性锯齿318被示为配置为条状物，但是在线性锯齿318之间可能存在空间，例如，可能存在按对角连接的第一对线性锯齿（例如，线性锯齿318）、空间及随后按对角连接的与第一对线性锯齿对齐的第二对线性锯齿。此外，虽然线性锯齿316被示为具有相对于支柱304的深度，但是本领域技术人员将易于了解线性锯齿316也可相对于支柱304突起。

如图4中所示，总空气温度传感器400包括界定在前缘410后部的支柱404中的紊流诱发表面416。紊流诱发表面416（例如，锯齿表面）包括对角的一系列连接锯齿418，其中锯齿418具有在系列中重复的大致恒定几何形状。存在连接用于连接锯齿418的顶点424以界定一系列三角形426的线性通道422。虽然紊流诱发表面416被界定为与后缘412相比更邻近前缘410，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面416可如适于给定应用移动和定向。此外，虽然紊流诱发表面416被示为具有相对于支柱404的深度，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面416（包括一系列连接锯齿418和线性通道422）可相对于支柱404突起，例如，连接锯齿418可相对于支柱404突起，且取代连接顶点424的线性通道422，可能存在线性凸缘，类似于线性凸缘218。

此外，本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面（例如，紊流诱发表面416和316）可被组合至单个支柱（例如，支柱404）上。例如，设想第一紊流诱发表面（例如，紊流诱发表面416）可被界定为与后缘（例如，后缘412）相比更邻近前缘（例如，前缘410）且另一个紊流诱发表面（例如，紊流诱发表面316）可被界定在第一紊流诱发表面后部的相同支柱中。

如图5中所示，总空气温度传感器500包括界定在前缘510后部的支柱504中的紊流诱发表面516。紊流诱发表面516包括多个线性通道518。虽然紊流诱发表面516被界定为与后缘512相比更邻近前缘510，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面516可如适于给定应用移动和定向。此外，虽然紊流诱发表面516被示为具有相对于支柱504的深度，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面516（包括线性通道518）可相对于支柱504突起，例如，线性通道518可以类似于线性凸缘218的方式突起。

如图6中所示，总空气温度传感器600包括界定在前缘610后部的支柱604中的紊流诱发表面616。紊流诱发表面616（例如，锯齿表面）包括对角的多个连接锯齿618，其中锯齿618具有大致恒定几何形状。连接锯齿618界定交叉阴影线的条状物620。虽然紊流诱发表面616被界定为与后缘612相比更邻近前缘610，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面616可如适于给定应用移动和定向。此外，虽然紊流诱发表面616被示为具有相对于支柱604的深度，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面616（包括多个连接锯齿618）可相对于支柱604突出。

如图7中所示，总空气温度传感器700包括界定在前缘710后部的支柱704中的紊流诱发表面716。紊流诱发表面716包括多个内凹718。虽然紊流诱发表面716被界定为与后缘712相比更邻近前缘710，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面716可如适于给定应用移动和定向。此外，虽然紊流诱发表面716被示为具有相对于支柱704的深度，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面716（包括多个内凹718）可相对于支柱704突起，即，作为部分球形凸起或凸块。

如图8中所示，总空气温度传感器800包括界定在前缘810后部的支柱804中的紊流诱发表面816。紊流诱发表面816（例如，锯齿表面）包括对角的多个连接锯齿818，其中锯齿818具有大致恒定几何形状。连接锯齿818（类似于图6中的连接锯齿）界定交叉阴影线的条状物820。但是，在图8中，锯齿818比锯齿616大。虽然紊流诱发表面816被界定为与后缘812相比更邻近前缘810，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面816可如适于给定应用移动和定向。此外，虽然紊流诱发表面816被示为具有相对于支柱804的深度，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面816（包括多个连接锯齿818）可相对于支柱804突出。

如图9中所示，总空气温度传感器900包括界定在前缘910后部的支柱904中的紊流诱发表面916。紊流诱发表面916包括多个重叠圆形通道918。紊流诱发表面被界定为与后缘912相比更邻近前缘910。虽然紊流诱发表面916被界定为与后缘912相比更邻近前缘910，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面916可如适于给定应用移动和定向。

本领域技术人员将易于了解圆形通道918的数量和配置（如具有所有本文中描述的各种紊流诱发特征部）可如适于给定应用而变化。此外，虽然紊流诱发表面916被示为具有相对于支柱904的深度，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面916（包括多个重叠圆形通道918）可相对于支柱904突起。

如图10中所示，总空气温度传感器1000包括界定在前缘1010后部的支柱1004中的紊流诱发表面1016。紊流诱发表面1016包括线性通道1018。虽然紊流诱发表面1016被界定为与后缘1012相比更邻近前缘1010，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面1016可如适于给定应用移动和定向。虽然锯齿表面1016在图10中被示为恒定线性通道，但是本领域技术人员将易于了解可能存在多个线性通道作为相同紊流诱发表面1016的部分，例如，可能存在第一线性通道、空间、随后与第一线性通道对齐的第二线性通道。此外，虽然紊流诱发表面1016被示为具有相对于支柱1004的深度，但是本领域技术人员将易于了解紊流诱发表面1016（包括线性通道1018）可相对于支柱1004突起，例如，线性通道1018可以类似于线性凸缘218的方式突起。

本领域技术人员也将易于了解一些紊流诱发表面116、316、416、516、616、716、816、916和1016可在第二加工工艺中制作，其中球头铣刀或激光蚀刻用于沿着支柱（例如，支柱104）制作紊流诱发表面特征部，例如，锯齿118。本领域技术人员也将易于了解包括凸缘（例如，凸缘218）的紊流诱发表面（例如，紊流诱发表面216）可通过钎焊或焊接添加至支柱（例如，支柱204）。或者，如果通过铸造制造支柱，那么凸缘可被包括在模具中且无需用于添加凸缘的第二工艺。

虽然紊流诱发表面在上文中被示为和描述为包括锯齿118、318、418、618和818、内凹718、凸缘218、圆形通道918和/或线性通道518和1018的各种配置，但是本领域技术人员将易于了解可使用这些类型的紊流诱发表面或任意其他适当类型的紊流诱发表面的任意适当组合或变型而不脱离本发明的精神和范围。此外，本领域技术人员将易于了解上述锯齿118、318、418、618和818、内凹718、凸缘218、圆形通道918和/或线性通道518和1018可根据需要缩放为更大或更小而不脱离本发明的精神和范围。

此外，本领域技术人员还将易于了解上述锯齿118、318、418、618和818、内凹718、凸缘218、圆形通道918和/或线性通道518和1018可具有相对于其各自支柱的表面的各种深度和/或高度。例如，在特定实施方案中，设想在突起的情况下，锯齿118、318、418、618和818、内凹718、凸缘218、圆形通道918和/或线性通道518和1018的最大高度可高于其各自支柱表面最小0.004英寸（0.102 mm）。且例如在特定实施方案中，设想锯齿118、318、418、618和818、内凹718、凸缘218、圆形通道918和/或线性通道518和1018相对于其各自支柱的表面的深度可介于 0.004至0.010英寸（0.102 mm至0.254 mm）深。

如上文所述及在附图中所示，本发明的方法和系统提供具有包括减小噪声发射的优良性质的总空气温度探测器。虽然已参考特定实施方案示出和描述本发明的设备和方法，但是本领域技术人员将易于了解可对其进行变化和/或修改而不脱离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种总空气温度传感器，其包括：

探测器头，其具有气流进口和气流出口；

支柱，其界定沿着纵轴延伸的前缘和与所述前缘相对的后缘，所述支柱连接在所述探测器头与相对的探测器底座之间；和

紊流诱发表面，其界定在所述前缘后方的所述支柱中，其被构造来遮断行经所述支柱上方的流体边界层以从层流过渡为紊流以减小来自所述总空气温度传感器的噪声发射，其中所述紊流诱发表面被界定为与所述后缘相比更邻近所述前缘。

2.根据权利要求1所述的总空气温度传感器，其中所述紊流诱发表面被界定为条状物，其在相对于所述支柱的所述纵轴的轴向方向上沿所述支柱的表面界定。

3.根据权利要求1所述的总空气温度传感器，其中所述紊流诱发表面包括界定在所述支柱的第一表面中的一部分和界定在所述支柱的第二表面中的一部分，所述第二表面与所述第一表面相对。

4.根据权利要求3所述的总空气温度传感器，其中界定在所述第一表面中的所述紊流诱发表面的一部分被界定为相对于所述支柱的所述纵轴的轴向方向上的第一条状物，且界定在所述第二表面中的所述紊流诱发表面的一部分被界定为第二条状物，其中所述第二条状物与所述第一条状物相对。

5.根据权利要求1所述的总空气温度传感器，其中所述紊流诱发表面被构造来减小卡曼涡流相互作用。

6.根据权利要求1所述的总空气温度传感器，其中所述紊流诱发表面包括选自由多个圆形通道、多个线性锯齿、多个内凹、凸缘和线性通道组成的组的特征部。

7.一种总空气温度传感器，其包括：

探测器头，其具有气流进口和气流出口；

锯齿表面，其被界定在所述前缘后方的所述支柱中，其被构造来遮断行经所述支柱上方的流体边界层以从层流过渡为紊流以减小来自所述总空气温度传感器的噪声发射，其中所述锯齿表面包括对角的第一系列锯齿，其中所述第一系列锯齿具有在系列内重复的大致恒定几何形状，其中所述锯齿表面被界定为与所述后缘相比更邻近所述前缘。

8.据权利要求7所述的总空气温度传感器，其中所述锯齿表面包括连接所述第一系列锯齿的顶点以界定一系列三角形的线性通道。

9.据权利要求8所述的总空气温度传感器，其中所述锯齿表面包括平行于所述线性通道的第二系列锯齿，每个第二系列锯齿切割穿透来自所述一系列三角形的各自三角形。

10.据权利要求9所述的总空气温度传感器，其中所述锯齿表面包括平行于所述线性通道的第三系列锯齿，每个第三系列锯齿在不同于所述第二系列锯齿的位置上切割穿透来自所述一系列三角形的各自三角形。

11.据权利要求7所述的总空气温度传感器，其中所述锯齿表面被构造来减小卡曼涡流相互作用。

12.据权利要求7所述的总空气温度传感器，其中所述锯齿表面包括界定在所述支柱的第一表面中的一部分和界定在所述支柱的第二表面中的一部分，所述第二表面与所述第一表面相对。

13.据权利要求12所述的总空气温度传感器，其中界定在所述第一表面中的所述锯齿表面的一部分被界定为相对于所述支柱的所述纵轴的轴向方向上的第一条状物，且界定在所述第二表面中的所述锯齿表面的一部分被界定为第二条状物，其中所述第二条状物与所述第一条状物相对。