CN105157878A - 具有低正面投影区的总气温探测器 - Google Patents

Abstract

总气温(TAT)探测器的除冰性能可以通过在TAT探测器的惯性弯管的上游减低正面投影区的大小而得以改进。根据不同实施例，TAT探测器可以包括气流入口，该气流入口具有基本上平行于进入气流的第一表面；穿过TAT探测器从气流入口到主要气流出口的主要气流通道；以及布置在传感器流通道内的总气温传感器组件。在不同实施例中，传感器流通道可以垂直于TAT探测器的安装表面而定向。而且，第一表面可以垂直于传感器流通道。在不同实施例中，气流入口可以具有第二表面，该第二表面相对于第一表面倾斜以便帮助促进期望的压力梯度和边界泄放通道功能。

Description

具有低正面投影区的总气温探测器

技术领域

本公开涉及一种总气温探测器，并且更具体地涉及减低总气温探测器的正面投影区用以改善在降水环境中的性能。

背景技术

常规的总气温(TAT)探测器，尽管作为TAT传感器通常是非常高效的，但是有时候会面临在结冰条件下进行工作的困难。在结冰条件下进行飞行期间，水滴和/或冰晶被吸入到TAT探测器中，其中在温和至恶劣的诸条件下，它们可以附着在TAT探测器表面上。如果在恶劣天气下持续运行，那么内部堆积可能会在内部传感元件周围引起拥塞和堵塞。进而，内部TAT拥塞可以导致暂时错误的TAT读数。为了解决这个问题，常规的TAT探测器可以进行电加热，并且在到达传感元件之前还包括有弯头和曲管，以便惯性地分离气流中的颗粒。图1示出了在元件通道的上游带有倾斜表面的典型TAT探测器设计，其通常被称为空气缓冲(airbump)。空气缓冲有助于惯性过滤并且还提供了边界层泄放控制的手段。该空气缓冲提供了暴露于颗粒冲击的显效投影区(projectedarea)。颗粒冲击在经过加热的空气缓冲上可能会产生表面液体，该表面液体可能会在雨、冰和冰晶的环境下限制令人满意的性能。

对一些常规TAT探测器设计带来困难的另外现象与低质量流处的边界层分离或“溢出”的问题有关。流分离给TAT的准确测量造成两个问题。第一个问题与紊流和造成不可恢复损失有关，其减少TAT的测量值。第二个问题牵涉到为了在结冰的条件期间防止形成冰而不得不加热探测器的必要性。防结冰性能通过嵌入在壳体壁中的加热元件而得以促成。不幸地是，探测器表面加热还加热了空气的内部边界层，如果控制不当的话它会在TAT的测量中提供外来热源。通常被称之为除冰加热器误差(DHE)的这种类型的误差可以会造成无法校正的温度误差。内部温度元件典型地从主受热探测器热得以绝缘，以使得DHE最小化。在某种结冰条件下，内部堆积可能形成并且生长在热绝缘温度元件上面。这可能会发生探测器的快速并且有时为完全堵塞，因此导致错误的温度测量。引入更加严厉的航空结冰要求对于常规的TAT探测器愈发成为问题。

发明内容

总气温(TAT)探测器的除冰性能可以通过在TAT探测器的惯性弯管(inertialbend)的上游减低正面投影区的大小而得以改进。根据不同实施例，TAT探测器可以包括气流入口，该气流入口具有基本上平行于进入气流的第一表面；穿过TAT探测器从气流入口到主要气流出口的主要气流通道；以及布置在传感器流通道内的总气温传感器组件。在不同实施例中，传感器流通道可以垂直于TAT探测器的安装表面而定向。而且，第一表面可以垂直于传感器流通道。在不同实施例中，气流入口可以具有第二表面，该第二表面相对于第一表面倾斜以便帮助促进期望的压力梯度和边界泄放通道功能。

附图说明

在说明书的结论部分特别地指出并清楚地主张本公开的主题。然而，在连同附图来进行考虑时，通过参照详细说明和权利要求方可能最佳地获得本公开更加完整的理解，其中，类似标号表示类似元件：

图1示出了带有倾斜正面投影区的TAT探测器的现有技术的实施例；

图2A示出了根据不同实施例的TAT探测器的侧视图；

图2B示出了根据不同实施例的TAT探测器的正视图；

图2C示出了根据不同实施例的TAT探测器的剖视图；

图3示出了根据不同实施例的带有示出气流的TAT探测器的剖视图和正视图；

图4A-4C示出了根据不同实施例的在气流入口下面带有气流出口的TAT探测器的多种变型；以及

图5A-5B示出了根据不同实施例的带有拐角泄放孔和具有不同拐角半径的各种示例性TAT探测器。

具体实施方式

本文中示例性实施例的详细说明会参照到附图，这些附图以图示方式来示出这些示例性实施例和它们的最佳模式。虽然这些示例性实施例充分详细地得以描述以使本领域技术人员能够实施本发明，但是应该理解成还可以实现其它实施例并且做出合乎逻辑的化学与机械上的改变而不脱离本发明的精神和范围。因此，本文中的详细说明只是出于示例的目的而并非限制的目的而呈现。例如，在任何方法或过程描述中所陈述的步骤均可以以任何的次序来执行而无需限制于所呈现的次序。此外，任何对单数的引用都包括复数实施例，并且任何对多于一个部件或步骤的引用都可以包括单数实施例或步骤。同样，任何对附装、固定、连接或者类似的引用均可以包括永久的、可移除的、临时的、局部的、全部的和/或任何其它可能的联接选择(attachmentoption)。另外，任何对非接触(或类似短语)的引用还可以包括简化接触或者最小接触。

现代喷气式动力飞行器要求非常准确地测量外部气温(OAT)，用于输入到空气数据计算机、发动机推力管理计算机和其它机载系统。通常情况下对于这些飞行器类型、它们的相关联飞行条件以及总气温探测器的使用，由以下四个气温更好地定义了气温：(1)静态气温(SAT)或者(Ts)、(2)总气温(TAT)或者(Tt)、(3)恢复温度(Tr)以及(4)测量温度(Tm)。静态气温(SAT)或者(Ts)为未受干扰空气的温度，即将起飞的飞机会穿过该空气。总气温(TAT)或者(Tt)是可以通过飞行动能100%的转换而获得的最大气温。TAT的测量值来源于恢复温度(Tr)，其为飞机表面每一部分上由于动能的不完全恢复所引起的局域性气温绝热值。温度(Tr)又从测量温度(Tm)而获得，该测量温度(Tm)为所测得的实际温度并且不同于因为源于所强加环境的热传递效应所得到的恢复温度。为了测量TAT可以使用TAT探测器。

图2A-2C示出了示范性总气温(TAT)探测器，其中，气流入口的下表面基本上平行于气流。在不同实施例中，基本上平行可以包括气流入口的下表面是在气流的平行面的4°内或者更少。在其它不同实施例中，基本上平行可以包括气流入口的下表面是在气流的平行面的2°内或者更少。另外，气流入口的下表面可以低于气流的平行面，诸如平行面的-10°或更少。在不同实施例中，TAT探测器200包括气流入口210，该气流入口210具有：基本上平行于进入气流的第一表面211；穿过TAT探测器200从气流入口210到主要气流出口220的主要气流通道215；以及与主要气流通道215流体连通并且垂直于TAT探测器200的安装表面201而定向的传感器流通道230。TAT传感器组件231可以布置在传感器流通道230内。而且，第一表面211可以垂直于传感器流通道230。

在不同实施例中，第一表面211可以邻接于传感器流通道230并且呈弧形方式在气流入口和传感器通道之间过渡。另外，其中气流入口210具有可以相对于第一表面211倾斜的第二表面212。气流入口210的第一表面211和第二表面212可以朝向主要气流出口220相会聚(converging)。此外，在不同实施例中，可以加热气流入口210的第一表面211。出现在第一表面211上的任何降水(precipitation)或结冰可以被加热成为表面液体，并且接着通过泄放孔(bleedvents)而被引导离开传感器组件。

图3示出了TAT探测器300以及进入主要气流入口310的气流和颗粒流的剖视图。流的一部分通过主要气流出口320而流出。但是，一些气流沿传感器流通道330向下转向，TAT传感器组件331在那里测量温度。图3还示出了通过主要气流入口310流动的诸如雨水和冰晶的颗粒如何冲击上表面312并且通过主要气流出口320而流出。而且，图3还示出了当颗粒通过TAT探测器300进行流动时，颗粒如何可以基本上平行于下表面而流动。根据不同实施例，可以使下表面上的颗粒冲击最小化并且更少地生成在下表面上出现的液体。

图4A-4C示出了TAT探测器的不同实施例，它们被设计成主要气流出口420在气流入口410的第一表面411的平面400的下面，从而产生偏移401。在不同实施例中，偏移可以致使较少颗粒流入传感器流通道。而且，具有较大偏移高度的TAT探测器可以在第二表面412的尾部421处设计有附加曲率。

根据以上的简要描述，泄放孔可以被用于使表面液体转向而离开气流入口的冲击表面。在不同实施例中以及参考图5A，除了表面泄放孔502以外，TAT探测器还可以包括在气流入口的第一表面511的拐角处的拐角泄放孔501。表面泄放孔502可以定位在第一表面511的内部。拐角可以被定义成在第一表面511到竖直表面513之间的过渡。在不同实施例中，取决于TAT探测器设计并且如图5A和5B所示出那样，过渡可以是不同的半径520、521。示范性半径可以在0英寸(0cm)半径到0.25英寸(0.635cm)半径之间的范围。在不同实施例中，泄放孔可以定位在第一表面和传感器流通道之间的过渡区域处。

已经在本文中描述关于特定实施例的好处、其它优点以及针对问题的解决方案。此外，在本文中所包含的不同附图中所示出的连接线旨在呈现在各种要素之间的示例性功能关系和/或物理连接。应该注意的是多个替代或者附加的功能关系或物理连接可以存在于实际的系统中。然而，好处、优点、针对问题的解决方案以及可能致使任何好处、优点或者解决方案将会发生或者变得更加显著的任何要素不应被解释为本发明关键的、所要求的或者必需的特征或者要素。本发明的范围而是由所附权利要求相应地进行限定，其中，除非明确地说明，否则以单数方式提及一个要素并非旨在意味“一个并且仅一个”，而是指“一个或者多个”。而且，在权利要求中使用类似于“至少A、B或者C中的一个”的短语时，其意谓该短语应被理解成意思是A独自可以存在于一个实施例中，B独自可以存在于一个实施例中，C独自可以存在于一个实施例中，或者要素A、B和C的任何组合可以存在于单个实施例中；例如，A和B、A和C、B和C、或者A和B和C。在整个附图中使用不同的交叉阴影以表示不同的部分，但未必是表示相同或不同的材料。

本文中提供了系统、方法和设备。在本文的详细说明中，对“一个实施例”、“一种实施例”以及“不同实施例”等等的引用表明所描述的实施例可以包括特定的特征、结构以及特点，但是每个实施例可能未必包括该特定的特征、结构以及特点。而且，这样的短语未必指的是相同的实施例。此外，当连同一种实施例来描述特定的特征、结构或者特点时，可认为是无论是否明确地得以描述连同其它实施例影响到这种特定的特征、结构或者特点均处于本领域技术人员的知识范围内。在阅读完说明之后，如何在替代的实施例中实施本公开对于相关领域技术人员而言将是显而易见的。

此外，不管要素、部件或者方法步骤是否在权利要求中清楚地得以陈述，本公开中的要素、部件或者方法步骤都不是专门针对于公众。本文中的权利要求的要素都不应按照35U.S.C112(f)第六段的规定来进行解释，除非该要素明确地使用短语“用于…..的装置”来陈述。如本文中所使用，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变化均意谓覆盖非排他性的包括，以使得包括序列要素的工艺、方法、制品或者设备不仅包括那些要素，而且可能包括未明确列出或该工艺、方法、制品或者设备所固有的其它要素。

Claims (12)

1.一种总气温探测器，包括：

气流入口，所述气流入口具有基本上平行于进入气流的第一表面；

主要气流通道，所述主要气流通道穿过所述总气温探测器从所述气流入口到主要气流出口；以及

总气温传感器组件，所述总气温传感器组件被布置在传感器流通道内，其中所述传感器流通道被连接到所述主要气流通道。

2.根据权利要求1所述的总气温探测器，其特征在于，所述第一表面邻接于所述传感器流通道。

3.根据权利要求1所述的总气温探测器，其特征在于，所述气流入口具有相对于所述第一表面倾斜的第二表面。

4.根据权利要求3所述的总气温探测器，其特征在于，所述气流入口的所述第一表面和所述第二表面相会聚。

5.根据权利要求1所述的总气温探测器，其特征在于，所述第一表面产生低正面投影区。

6.根据权利要求1所述的总气温探测器，其特征在于，所述传感器流通道垂直于所述总气温探测器的安装表面而定向。

7.根据权利要求1所述的总气温探测器，其特征在于，所述第一表面垂直于所述传感器流通道。

8.根据权利要求1所述的总气温探测器，其特征在于，所述主要气流出口在所述气流入口的所述第一表面的平面的下面。

9.根据权利要求1所述的总气温探测器，其特征在于，还包括在所述气流入口的所述第一表面的拐角处的泄放孔。

10.根据权利要求4所述的总气温探测器，其特征在于，还包括在所述气流入口的所述第一表面和竖直表面的拐角处的至少一个泄放孔。

11.根据权利要求10所述的总气温探测器，其特征在于，所述泄放孔被定位在所述第一表面和所述传感器流通道之间的过渡区域。

12.根据权利要求10所述的总气温探测器，其特征在于，还包括在所述气流入口的所述第一表面的内部上的表面泄放孔。