CN107543649B - 热气除冰总压受感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种热气除冰总压受感器，旨在提供一种热气能量利用率高的总压受感器。本发明通过下述技术方案予以实现：来流总压通过总压口（6）通道内置凸台堵头（9）表面侧孔传导；由发动机、热气发生器提供的加热气流，从热气接口（4）经下热气流道（14）流至空速管支臂（2）迎风前沿易结冰区，通过设置在紧邻总压口两侧的扰流片（13）干扰，扰动增强换热后，沿总压口内接腔依次进入第一、第二第和三形流道，从凸台堵头的上、下侧，下侧至上侧循环热交换热气流，通过热气流道（17）进入受感器后部，从开口于空速管支臂下部低压区域的排气口（8）排入大气。

Description

热气除冰总压受感器

技术领域

本发明为一种航空发动机进口气流总压测量装置，涉及一种主要用于采集气流总压信息的总压受感器。本发明属于航空发动机测试技术领域。

背景技术

飞机在空中飞行时需要高度和速度信息，信息的获得的途径之一是安装在飞机上的总静压受感器(以下简称受感器)，受感器是大气数据系统的输人端口，准确的测量飞行参数和防冰化冰能力是其非常重要的两个功能。为保证受感器的测量飞行参数的可靠性，防冰化冰能力是其非常重要的功能。飞机的结冰问题严重危害飞机的安全性。飞机表面出现冰阻碍了空气的流动，增大了摩擦力并减小升力，尤其是机翼上的冰对飞机起飞影响很大。积聚在飞机尾翼上的冰可扰乱飞机的平衡，迫使飞机向下倾斜，这种现象称为尾翼失速。 通常，飞机上除冰的方法有两种，一种是“渗透机翼”液体除冰系统，一种是膨胀橡胶气囊，称为气体罩，气体罩沿着机翼安装。 但这两种方法都存在缺点，如液体除冰系统效率有限，气体罩增加了飞机重量和功耗。飞机表面结冰现象、结冰形式以及影响因素高空飞行飞机的迎风表面通常会伴随三种不同形式的结冰现象，即“水滴积冰”,“干结冰”和“升华结冰”。在大气对流层下半部的云雾中，常常存在大 量温度低于冰点而仍未冻结的液态水滴．即“过冷水滴”“水滴积冰”指的是飞机部件表面的平衡温度低于冰点， 过冷水滴撞击并积聚冻结于部件前缘表面而发生的积冰现象。水滴积冰严重时常常会飞机的气动外形、危害飞机的飞行安全， 因此，是飞机防冰与除冰技术的主要研究对象。飞机防冰与除冰技术按工作方式可分为机械除冰技 术、液体防冰技术和热力防冰技术等。其中，机械除冰技术又可分为气动带除冰和电脉冲除冰技术；热力防冰技术分别按热源和加热方式又分别分为电热防冰、 气热防冰技术， 以及连续防冰和间断除冰技术。飞机防冰、除冰技术采取何种具体的防冰、除冰技术种类，取决于机种动力装置里电源功率、待保护表面大小以及防冰重要程度等因素。一般来说．对于待保护表面积较大、 防冰要求较高的机翼、发动机进气道前缘等部件．常采用气热防冰技术；对待保护表面积较小、防冰要求较低的尾翼、 螺旋桨等部件， 可采用电热周期除冰技术； 对不允许结冰而且耗电功率不大的风挡、空速管等部件则多采用电热防冰技术。

现有技术中的总压受感器由若干机加或铸造零件经复杂工艺加工而成，通常采用内壁焊接电加热器加热的方式达到防、除冰功能。受感器生产工艺复杂，内腔结构及加热器需多次装配、焊接。内腔结构及加热器在内部焊接时不可见，难以保证焊接质量，易出现总压腔15漏气或加热器悬空烧断情况。在现有技术中，总压受感器的除冰方式也存在引入高温高压气体的设计，但其由若干机加或铸造零件经复杂内腔焊接、二次加工、工艺装配而成。此类受感器体积大、重量重、加工复杂困难，除冰热气流道无法按受感器各部分加热功率需求优化设计，热气能量利用率低。在现有航空涡轮、涡扇发动机进口及1、2级压气段处，通常采用无防除冰功能的总压受感器，由于气流速度矢量受感器受感部分暴露于机体之外，因此，当飞机在结冰条件下飞行时，受感器结冰的可能性非常大。空速管一旦结冰，轻则影响气动外形，降低工作性能，重则丧失工作能力进而危及飞机安全。

目前气象部门所使用的机械旋转式测风传感器,主要形式有风杯和风向标,两者都存在转动惯性,因此不可能得到风速矢量的瞬时变化值,这使得阵风的测量和深入研究难以实现。在使用旋转式传感器进行测量时,风矢量是作为风向和风速两个量分别处理的。由于转动惯性的存在，两个物理量在时间和空间上无法同步,再考虑湍流流场的物理特性,测量结果与实际的风矢量之间将会较大的误差。在风向和风速传感器的启动风速不同时,甚至可能造成完全错误的测量结果。一般情况下, 测风传感器的半径r0为一常数,当其放入风场时会对风场产生一定的影响,使得实测差压值介于1到2倍动压之间。总压传感器可以直接测量某一固定方向上大气的全压和静压, 风速测量范围为 0～25m/s,由于半导体材料对温度变化很敏感,因此温度测量误差较大的问题在压阻式传感器中尤其显得突出。实际应用中,必须采取一定措施,对传感器的温度漂移现象进行补偿。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单可靠，重量轻，体积小，不易结冰，低功耗，热气能量利用率高的总压受感器。

为了达到上述目的，本发明提供的一种热气除冰总压受感器，包括：固联在安装座3倾斜延伸出的空速管支臂2和与所述空速管支臂2连通的热气接口4，以及锥圆体开口探头1，其特征在于：空速管支臂2弯头臂端喇叭形总压口6感受来流总压，来流总压经过总压口6通道内的凸台堵头9，经凸台堵头9侧孔传导至空速管支臂2的总压腔15并传导至固联在安装座3下端的总压接口5；随气流飞入总压口6的液态水和冰晶被探头锥圆体开口通路上设置的堵头9阻挡，经设置在锥圆体开口探头1弯头臂上的排水孔7排出。由发动机尾气、热气发生器或发动机高温压气段提供的高温高压气体的加热气流，从固联在安装座3座体下端的热气接口4，通过下热气流道14流至空速管支臂2迎风前沿易结冰区，热气流通过设置在紧邻总压口6两侧的扰流片13，对加热气流进行干扰，热气流经扰流片13扰动增强换热后，沿总压口6内接腔进入第一环形流道10，从凸台堵头9的下侧绕至凸台堵头9的上侧，进入第二环形流道11，再从凸台堵头9的上侧绕至凸台堵头9的下侧，进入第三环形流道12，从凸台堵头9的下侧绕至凸台堵头9的上侧，最后,在易结冰区已进行充分热交换的热气流，通过空速管支臂2内置上热气流道17进入受感器后部，从开口于空速管支臂(2)下部低压区域的排气口8排入大气。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

结构简单可靠。本发明锥圆体开口探头1内总压腔15采用防水结构，热气除冰内流道按受感器各部分除冰功率需求优化设计，结构简单可靠，易于生产加工。在结冰、降雨气候条件下通过总压腔15内凸台堵头9防止液态水颗粒及砂尘进入后端管路和传感器，同时通过排水孔7和引气加热结构蒸发排出液态水，有效防止液态水进入后端管路，并通过排水孔7排出进入总压腔15的液态水和水汽，具有较高环境适应性，解决了现有技术受感器内腔结构及加热器需多次装配、焊接的问题。

重量轻、体积小、功耗低。主体设计结构可使用3D打印技术一次成形批量生产，重量轻、体积小、生产方便、可靠性高。本发明遵循小型化、轻量化设计，气路及安装接口可根据需要进行选择性焊接；通过发动机尾气、热气发生器或涡扇发动机高温压气段提供高温、高压气体，采用分布于空速管支臂内的热气流道完成防除冰，无需高功率电源提供热源；总压腔15通过凸台堵头9和凸台阻止液态水进入后端管路，通过易结冰区排水孔7排出液态水或水汽，功耗低。

冰晶不易滞留。本发明采用相较于小开口角度设计的40°总压口开口角度，具有足够厚度，方便总压口加热内流道布置，锐边不易碰伤；结冰气候条件下，随气流飞来的水滴、冰晶也不易滞留总压口影响测量。凸台堵头9前端采用锥形设计，引导飞入总压腔15的水滴、冰晶聚集于温度较高的锥圆体开口探头1易结冰区和总压腔15底部，再通过排水孔7排出受感器，冰晶不易滞留。

提高了热气能量利用率。本发明在传统引气式设计的基础上，采用由发动机尾气、热气发生器或发动机高温压气段提供的高温高压气体的加热气流，从锥圆体开口探头1下侧流至空速管支臂2迎风前沿，通过设置在紧邻总压口6两侧的扰流片13对加热气流进行干扰增强换热，通过热气接口4将高温高压气体引入受感器内流道对受感器进行加温，热气沿锥圆体开口探头易结冰区的第一环形流道10从受感器内流道下侧绕至上侧，在此过程中热气流经扰流片扰动气流增强换热，再进入锥圆体开口探头第二环形流道11从上侧绕至下侧，再进入锥圆体开口探头第三环形流道12绕回上侧，在易结冰区充分热交换的气体通过不易结冰的受感器底座附近，从支臂靠近底座附近的区域的排气口8排入大气。

本发明可以通过将高压压气机后一定量热空气引入到发动机前部零组件内腔之中,通过热空气的流动对发动机前部零组件总压感受器和导流叶片、整流罩进行加温,达到防止这些部位在使用环境温度较低条件下出现结冰。

本发明是可安装于飞机外部、发动机进口等位置，采集所在位置气流总压的热气除冰总压受感器。

附图说明

图1是本发明热气除冰总压受感器的等轴测构造示意图。

图2是图1的主视图。

图3是图2的A-A向剖视图。

图4是图2的B-B向剖面图。

图中：1锥圆体开口探头，2空速管支臂，3安装座，4热气接口，5总压接口，6总压口，7排水孔，8排气口，9凸台堵头，10第一环形流道，11第二环形流道，12第三环形流道，13扰流片，14下热气流道，15总压腔，16凸台，17上热气流道。

具体实施方式

参阅图1-图4，在以下描述的实施例中，一种热气除冰总压受感器，包括带有喇叭形的总压口6的锥圆体开口探头1，固联在安装座3倾斜延伸出的空速管支臂2和与所述空速管支臂(2)连通的热气接口4和总压接口5，其中，空速管支臂2 前倾固联在带6个沉头孔的方形安装座3上，热气接口4和总压接口5具有扩口式直通管接头。开有喇叭形的总压口6位于锥圆体开口探头1端部，锥圆体开口探头1的弯头上制有排水孔7，支臂尾部上开有排气口8。总压口6采用喇叭形锐边设计，喇叭形的开口角度为30°～45°，可感受误差不大于0.004Qc，偏角不大于15°的气流总压。对于超过15°的气流，其总压随规律单调衰减，可通过补偿系数进行修正。位于总压口6通道的凸台堵头9前端，设有可阻止来流裹夹冰晶或水滴直接进入后端管路锥形体，液态水或水汽通过空速管支臂2弯头上的排水孔7排出。空速管支臂2管体内设有热气除冰流道，热气除冰流道包括，与总压腔15隔离，并总压口6热气接口连通的下热气流道14、上热气流道17，可对空速管支臂易结冰区的部分进行防冰除冰。

工作时，将受感器安装于待测总压流场中，总压口6正对来流方向感受来流总压，通过总压腔15底部导气管传递给后端传感器，依靠总压口6通道设置的堵头9气流滞止获得总压，来自发动机尾气、热气发生器或发动机高温压气段提供的高温高压气体的加热气流，可从总压腔15底部热气接口4导入高温高压气流进入受感器内流道，达到防冰除冰的目的。

空速管支臂2弯头臂端喇叭形总压口6感受来流总压，来流总压经过总压口6通道内的凸台堵头9，经凸台堵头9侧孔传导至空速管支臂2的总压腔15并传导至固联在安装座3下端的总压接口5；随气流飞入总压口6的液态水和冰晶被探头锥圆体开口通路上设置的堵头9阻挡，经设置在锥圆体开口探头1弯头臂上的排水孔7排出。由发动机尾气、热气发生器或发动机高温压气段提供的高温高压气体的加热气流，从固联在安装座3座体下端的热气接口4，通过下热气流道14流至空速管支臂2迎风前沿易结冰区，热气流通过设置在紧邻总压口6两侧的扰流片13，对加热气流进行干扰，热气流经扰流片13扰动增强换热后，沿总压口6内接腔进入第一环形流道10，从凸台堵头9的下侧绕至凸台堵头9的上侧，进入第二环形流道11，再从凸台堵头9的上侧绕至凸台堵头9的下侧，进入第三环形流道12，从凸台堵头9的下侧绕至凸台堵头9的上侧，最后,在易结冰区已进行充分热交换的热气流，通过空速管支臂2内置上热气流道17进入受感器后部，从开口于空速管支臂(2)下部低压区域的排气口8排入大气。

Claims (8)

1.一种热气除冰总压受感器，包括：固联在安装座（3）倾斜延伸出的空速管支臂(2)和与所述空速管支臂(2)连通的热气接口（4），以及锥圆体开口探头（1），其特征在于：空速管支臂（2）弯头臂端喇叭形总压口（6）感受来流总压，来流总压经过总压口（6）通道内的凸台堵头（9），经凸台堵头（9）侧孔传导至空速管支臂（2）的总压腔（15）,并传导至固联在安装座（3）下端的总压接口（5）；随气流飞入总压口（6）的液态水和冰晶被探头锥圆体开口通路上设置的堵头（9）阻挡，经设置在锥圆体开口探头（1）弯头臂上的排水孔（7）排出；由发动机尾气、热气发生器或发动机高温压气段提供的高温高压气体的加热气流，从固联在安装座（3）座体下端的热气接口（4），通过下热气流道（14）流至空速管支臂（2）迎风前沿易结冰区，热气流通过设置在紧邻总压口（6）两侧的扰流片（13），对加热气流进行干扰，热气流经扰流片（13）扰动增强换热后，沿总压口（6）内接腔进入第一环形流道（10），从凸台堵头（9）的下侧绕至凸台堵头（9）的上侧，进入第二环形流道（11），再从凸台堵头（9）的上侧绕至凸台堵头（9）的下侧，进入第三环形流道（12），从凸台堵头（9）的下侧绕至凸台堵头（9）的上侧，最后,在易结冰区已进行充分热交换的热气流，通过空速管支臂（2）内置上热气流道（17）进入受感器后部，从开口于空速管支臂(2)下部低压区域的排气口（8）排入大气。

2.根据权利要求1所述的热气除冰总压受感器，其特征在于，空速管支臂（2） 前倾固联在带六个沉头孔的方形安装座（3）上，热气接口（4）和总压接口（5）具有扩口式直通管接头。

3.根据权利要求1所述的热气除冰总压受感器，其特征在于，总压口（6）位于锥圆体开口探头（1）端部，锥圆体开口探头（1）的弯头上制有排水孔（7），支臂尾部上开有排气口（8）。

4.根据权利要求1所述的热气除冰总压受感器，其特征在于，总压口（6）采用喇叭形锐边设计，喇叭形的开口角度为30°～45°，测量误差不大于0.004Qc，偏角不大于15°的气流总压。

5.根据权利要求1所述的热气除冰总压受感器，其特征在于，在位于总压口（6）通道的凸台堵头（9）前端，设有阻止来流裹夹冰晶或水滴直接进入后端管路锥形体，液态水或水汽通过空速管支臂（2）弯头上的排水孔（7）排出。

6.根据权利要求1所述的热气除冰总压受感器，其特征在于，空速管支臂（2）管体内设有热气除冰流道，热气除冰流道包括，与总压腔（15）隔离，并通过总压口（6）热气接口连通的下热气流道（14）、上热气流道（17）。

7.根据权利要求1所述的热气除冰总压受感器，其特征在于，总压口（6）正对来流方向感受来流总压，通过总压腔（15）底部导气管传递给后端传感器，依靠总压口（6）通道设置的堵头（9）气流滞止获得总压。

8.根据权利要求1所述的热气除冰总压受感器，其特征在于，来自发动机尾气、热气发生器或发动机高温压气段提供的高温高压气体的加热气流，从总压腔（15）底部热气接口（4）导入高温高压气流进入受感器内流道。