CN108119239A - 用于保护热电偶的系统、飞行器发动机和飞行器 - Google Patents

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Abstract

一种用于保护热电偶的系统、飞行器发动机和飞行器。为了保护热电偶(2)的运作不受其所处环境中的辐射元件(20，44)的辐射的影响，本发明提出了一种热电偶(14)保护系统，所述热电偶保护系统包括定位在热电偶(14)和辐射元件(20，20’，44)之间的板(18)，朝向热电偶(14)定向的板内面(22)的总体表面条件使得其对来自所述元件(20，20’，44)的辐射的吸收能力大于其对这些辐射的反射能力。

Description

用于保护热电偶的系统、飞行器发动机和飞行器
技术领域
本发明涉及在高辐射环境中通过热电偶进行的空气温度测量的领域，更具体地说，涉及用于在这种环境中保护热电偶以优化其性能的系统。
背景技术
热电偶是具有两根不同金属缆线的组件，这两根金属缆线以其端部结合以便使用塞贝克效应来测量给定介质的温度。塞贝克效应是由经受温差的两种金属之间的结合处的电位差引起的热电效应。
如图1所示，热电偶1包括两根不同金属缆线2、4，这两根缆线在它们的一个端部6处结合在一起。这个结合处被称为“热接点”；并且就是这个接点被放置在待测量的温度T1的环境中。另外两个端部8a、8b连接电压表10的端子；这两个接点中的每个接点都被称为“冷接点”，并且处于温度T2。跨电压表V 10的端子测量到的、并且是由塞贝克效应引起的电势差ΔV取决于T1与T2之间的差。温度T2是已知的温度，例如环境空气的温度，或者甚至是由例如热电阻型的温度传感器测量的温度。
现在可能的是，在其温度T1有待被测量的环境中，存在例如通过可能在附近的一个或多个壁的辐射性热传递、与热电偶的金属缆线的传导性热传递、和/或与周围空气的对流性热传递。为了准确地测量温度T1，必须使得传导性和辐射性热传递热阻与对流性热传递热阻相比较而言是高的。
这里我们关注的是辐射性热传递。当热电偶放置在至少具有一个极热的壁的封闭空间内时，对于获得正确的空气温度测量值而言从该壁朝向热电偶反射回的辐射热通量就变得成问题。如果对流性热传递热阻与辐射性热传递热阻相比较而言是低的，则热电偶的平衡温度更接近空气的真实温度。
说明书的剩余部分将集中于飞行器涡轮机发动机舱室中的温度测量领域中的示例性实施例。所述热电偶安装在双涵道涡轮机的发动机舱室中。现在，发动机舱室的这些壁之一在内侧被来自压缩机和来自涡轮机的燃烧室的主要热空气流加热。因此，舱室的主流侧的壁暴露于非常高的温度中，产生大量的热辐射，足以干扰通过热电偶的运行来测量的空气温度的精度。
此外，即使发动机舱室是通风的，但观察到的空气速度通常是低的，使得对流性热传递热阻与辐射性热传递热阻相比并非微不足道。
本发明的目的是提出对抗干扰热电偶的运行的辐射而对热电偶提供保护的一种装置，并且因此是减轻在发动机舱室的实例中辐射壁附近的问题或更普遍的问题。
发明内容
为此，本发明涉及用于保护放置在包括至少一个辐射元件的环境中的热电偶的一种系统，其特征在于，所述系统包括位于所述热电偶与辐射元件之间的板，所述板具有的其内面的总体表面条件使得所述面吸收来自所述元件的辐射大于其反射所述辐射，所述内面面向所述热电偶。
因此，本发明可以保护热电偶免受干扰其运行的辐射元件的影响。面向热电偶的板的面吸收比其反射更多这种事实，使得可以减小从板朝向热电偶反射的辐射热通量。
所述保护系统单独或组合地考虑具有以下可选特征中的至少一个特征。
所述板具有的其外面的总体表面条件使得所述面反射来自所述元件的辐射大于其吸收所述辐射，所述外面为与面向所述热电偶的面相反的面。
所述板的内面具有与所述板的外面不同的总体表面条件，所述外面是与所述内面相反的面。
所述板的面向所述热电偶的内面具有的反射率低于所述与内面相反的面的反射率。
所述板的内面涂有改善所述板的吸收能力的无光泽涂料。
所述板的外面、也就是说所述与内面相反的面被抛光。
本发明还涉及一种包括舱室的飞行器发动机，所述舱室的壁中的一个壁所在环境的部分的温度高于环境中的其余部分的温度，其特征在于，热电偶安装在所述舱室中，并且在于板位于所述热电偶与所述壁之间，所述板具有的其内面的总体表面条件使得所述面吸收来自所述壁的辐射大于其反射所述辐射，所述内面面向所述热电偶。
所述发动机单独或组合地考虑具有以下可选特征中的至少一个特征。
所述板具有的其外面的总体表面条件使得所述面反射来自所述元件的辐射大于其吸收所述辐射，所述外面为与面向所述热电偶的面相反的面。
所述板的内面具有与所述板的外面不同的总体表面条件，所述外面是与所述内面相反的面。
本发明还涉及一种包括发动机的飞行器，所述发动机单独或组合地考虑具有上述特征。
附图说明
通过阅读以下对根据本发明的保护系统的描述，本发明的其他目的、优点和特征将变得明显，所述描述通过非限制性实例并且参考附图给出，在附图中：
·图1是热电偶的简化示意图；
·图2是根据本发明的热电偶保护系统的一个实施例的侧截面的简化示意图；
·图3是可以将根据本发明的保护系统应用于其上的双涵道涡轮机的截面示意图；并且
·图4是根据本发明的热电偶保护系统的另一实施例的侧截面的简化示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于保护热电偶14免受干扰性热交换影响的系统，并且更具体地说，免受热电偶所处的环境16中的辐射影响。
所述热电偶保护系统包括采取板18的形式的保护装置12。板18采用任何类型的形状，例如平面、曲面或具有复杂几何形状。板18位于热电偶14与辐射元件20之间，所述辐射元件例如像是环境16中的辐射壁20。环境16可以包括其它辐射元件20’，例如像在图2中，位于热电偶14相对于壁20的相反侧的另一个壁20’。辐射可以是直接的，例如图2中箭头A所描绘的从壁20、20’发出而去到热电偶上的辐射，或者可以是间接的，例如从壁20’发出、在已经被板18反射后、去到热电偶上的辐射，如箭头B所表现的。板18具有两个面22、24，面向热电偶的、并且在所示实施例中朝向辐射元件20’的内面22以及面向相反方向的、并且在所示的实施例中面向辐射壁20的外面24。
板18的内面22的表面的物理性质(传导性或其他性质)、表面条件(平坦度缺陷、清洁度、粗糙度等)、化学表面条件(涂料、氧化等)被选择成使得面22吸收比反射多。这些性质(物理属性、表面条件、化学条件)的集合将在下文中被总结为术语“总体表面条件”。板的内面22具有至少低于0.5的反射率。接收到的热通量一半以上被吸收。以此方式，板18限制了被反射并朝向热电偶14引导的辐射热通量，以便不干扰其运行。辐射被很大程度地吸收，并且更具体地，绝大部分被吸收，因为超过50％的辐射被板18吸收。出自板18的反射被限制成避免板18将来自环境16中的辐射元件的辐射反射向所述热电偶。
板的面22的表面被制造、处理、加工和/或以特殊合成物涂覆成赋予其所希望的性质，即上文所述的那些性质。
因此，内面22可以例如涂覆有特殊的，所述无光泽涂料使之有可能增加内面吸收辐射的能力。
板18具有外面24，即与内面22相反的面，并且其总体表面条件允许其反射多于其吸收。板的外面24具有至少高于0.5的反射率。接收到的热通量一半以上被反射。辐射被很大程度地反射，并且更具体地，绝大部分被反射，因为超过50％的辐射被板18反射。以此方式，板18限制了对辐射元件20的辐射热通量的吸收，以使得板的温度最小化。外面24的反射率越大，板温度下降得越多。板18的温度越接近空气，则由热电偶测量的温度越准确并且误差就越小。
板的面24的表面被制造、处理、加工和/或以特殊的合成物涂覆成使得其性质是如所希望的、即上文所述的那些。
因此，外面24可以例如被抛光以使其表面光亮。光亮的表面与同一表面在未抛光状态下相比具有更大的反射率。
板18所具有的其内面22的总体表面条件与其外面24的总体表面条件不同。内面22所具有的反射率低于外面24的反射率。为了获得具有带不同表面条件的、并且更具体地具有不同反射率的相反两面22和24的板，存在许多可能的解决方案。
第一个解决方案是选择改变了其面22和/或24中的至少一个面的总体表面条件的板。有可能的是所设想的板的其这些面中的一个面已经具有所要求的性质：于是所要求的仅是改变另一个面的表面条件。还有可能修改或甚至只是增强两个面22和24的表面条件。
为此，如早前所看到的，有可能制造具有所希望的面的板、或者替代地以不同的方式(氧化、……)处理板的表面、对其进行机械加工(抛光、机加工、……)、对其施加涂层(包镀金属、涂料、……)，这些手段朝所希望的方向提供或仅仅改善板表面性质。
第二个解决方案是组装至少两个板，每个板对应地具有自由面和连接面。这些对应的连接面根据为板选择的材料通过任何已知的方式相连接，并且这些自由面各自具有彼此不同的总体表面条件。根据一个具体实施例，所述连接面是不结合的，这样使得空气间隙增加了面22与面24之间的隔热，并且因此使之有可能降低面22的温度。这些自由面之一的总体表面条件与内面22的总体表面条件相符，并且另一自由面的总体表面条件与外面24的总体表面条件相符，如上所述。装置12可以由放置在一起的两个以上的板组成：重要的是针对所形成的整体板18的自由面提供对应地与上述内面22和外面24相符的总体表面条件。
下面的描述阐述了航空领域、并且尤其是飞行器发动机领域的两个示例性实施例。辐射环境是通过吊挂架32固定至飞行器的机翼30的双涵道涡轮机28的发动机舱室26。所述涡轮机包括构成壳体的发动机短舱34、风扇36、压缩机38，涡轮40和一个或多个燃烧室42。
涡轮机28的发动机舱室26由壳体限定。位于热的主空气流46这侧上的壳体的内壁44位于一个或多个燃烧室42附近。热的主空气流46沿壳体的内壁44流动。如以上看到的，壁44这侧上的非常高的温度产生大量的热辐射，这可能会干扰位于舱室26中的热电偶。
根据第一实施例，图2所描绘的辐射元件20是壳体的内壁44。板18定位在壳体的内壁44与热电偶2之间，以保护热接点6免受辐射壁44的影响。板18是平面的。板18的内面22具有的吸收能力大于反射能力，而外面24刚好相反。面22和24具有上文中更详细地阐述的特征。
根据图4所描绘的第二实施例，板18是圆柱形的。板18围绕热电偶的热接点6。其介于辐射壳体的内壁44与热电偶2之间。以此方式，其形成了对抗来自壁44并朝向热接点6的直接辐射的屏障。只有如图4中箭头C所代表的反射自板18的辐射可以到达热电偶。现在，板18的内面22具有的吸收能力大于反射能力，而外面24刚好相反。面22和24具有上文中更详细地阐述的特征。

Claims (10)

1.一种用于保护放置在包括至少一个辐射元件(20，44)的环境中的热电偶(14)的系统，其特征在于，所述系统包括位于所述热电偶(14)与辐射元件(20，20’，44)之间的板(18)，所述板具有的其内面(22)的总体表面条件使得所述内面(22)吸收来自所述元件(20，20’，44)的辐射大于其反射所述辐射，所述内面面向所述热电偶(14)。
2.根据权利要求1所述的用于保护热电偶的系统，其特征在于，所述板具有的其外面(24)的总体表面条件使得所述外面(24)反射来自所述元件(20，44)的辐射大于其吸收所述辐射，所述外面为与面向所述热电偶(14)的面相反的面。
3.根据权利要求1和2之一所述的用于保护热电偶的系统，其特征在于，所述板(18)的内面(22)具有与所述板(18)的外面(24)不同的总体表面条件，所述外面是与所述内面(22)相反的面。
4.根据权利要求1和2之一所述的用于保护热电偶的系统，其特征在于，所述板(18)的面向所述热电偶(14)的内面(22)具有的反射率低于所述与内面(22)相反的外面(24)的反射率。
5.根据权利要求1和2之一所述的用于保护热电偶的系统，其特征在于，所述板(18)的内面(22)涂有改善所述板(18)的吸收能力的无光泽涂料。
6.根据权利要求1和2之一所述的用于保护热电偶的系统，其特征在于，所述板(18)的外面(24)、也就是说所述与内面(22)相反的面被抛光。
7.一种包括舱室(26)的飞行器发动机，所述舱室的壁(44)中的一个壁所在环境中的部分的温度高于环境中的其余部分的温度，其特征在于，热电偶(14)安装在所述舱室(26)中，并且在于板(18)位于所述热电偶(14)与所述壁(44)之间，所述板具有的其内面(22)的总体表面条件使得所述内面(22)吸收来自所述壁(44)的辐射大于其反射所述辐射，所述内面面向所述热电偶(14)。
8.根据权利要求7所述的飞行器发动机，其特征在于，所述板(18)具有的其外面(24)的总体表面条件使得所述外面(24)反射来自所述元件(20)的辐射大于其吸收所述辐射，所述外面为与面向所述热电偶(14)的面相反的面。
9.根据权利要求7和8之一所述的飞行器发动机，其特征在于，所述板(18)的内面(22)具有与所述板(18)的外面(24)不同的总体表面条件，所述外面是与所述内面(22)相反的面。
10.一种飞行器，包括根据权利要求7至9中任一项所述的飞行器发动机。
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