CN1137827A - 用于航空数据传感器的单根有侧面骨架的支柱 - Google Patents

Abstract

由一整块材料制作成的一根航空数据传感器支柱(16)有被精整加工成平滑的型面的一侧(20)，并在支柱(16)的与之相对的侧面上有凹槽(26，28，30)，用来容纳压力信号携带导管(34，36)，或其它细长件，比如一个加热器(40)。用充满封装材料(29)的方法把加热器(40)和导管(34，36)固定在其位置，并在充满之后把凹槽(26，28，30)的打开的那些侧面进行精整加工，从而对于支柱(16)的与之相对的侧面(21)提供所要求的型面。因为消除了由分离开的壁所形成的中空的内部空间，所以支柱(16)有薄的截面。

Description

用于航空数据传感器的单根有侧面骨架的支柱

本发明涉及用来支承皮托管，静压皮托管和其它航空数据传感仪器的一种低阻力重量轻的实心支柱，该支柱有从一个侧面向它的里面形成的凹进部分，用于压力信号携带导管和加热器导线。把导管和加热器导线设置在支柱的侧面中使得可以把此支柱制作成特别薄，在使用过程中这显著地降低了它的气动阻力。

现在用于航空数据传感器(比如皮托管，静压皮托管和攻角传感器)的支柱由分离开的壁构成，这些壁构成了一个内部腔室，用来固定由传感器上的开口开始的压力信号携带导管。通常把加热器铜焊到先有技术的支柱的内壁上，或铜焊到外部的镶铸凹槽中。这些分离开的壁和所使用的导管和加热器使得先有技术的支柱有大的截面，这种形状有相当大的气动阻力。

本发明提供了最小的支柱厚度，从而提供了低的阻力，同时保持结构的整体性。另外，本发明简化了低阻力的小型航空数据传感器的制作。

本发明涉及一种支柱的设计，靠采用一块实心的材料(把它浇铸成或机械加工成所要求的形状)减小了支柱的横向宽度。支柱的一个侧面被精整加工成一个连续的表面，形成所要求的支柱气动外形。支柱的第二侧面有由第二侧面的表面向里形成的凹槽，容纳被支柱固定的由探头上的传感开口开始的压力信号携带导管。这些导管由该支柱的基座伸展出来，为的是连接到飞机上的配件上。另外，在该支柱的第二侧面中可以设有一个或多个凹槽，用来固定加热传感器用的加热器导线，或用来固定一个温度传感装置。如果使向里伸展的凹槽在从头到尾的方向上相对于在第二侧面中形成的凹槽交错排列，可以把凹槽设置在支柱的第一侧面上，以确保结构的整体性。

把加热器导线和压力信号携带导管装到该支柱上，这是靠把它们插进在支柱的第二侧面中所形成的凹槽中。支柱支承着一个管形的前端柱体，形成该传感器。该前端柱体有一个或几个开口，把这些开口在流体上连接到压力信号携带导管上。把每根导管经过适当的配件连接到它各自的开口上

加热器导线和压力信号携带导管渐变到前端柱体中的适当的内部结构中，把前端柱体紧固到支柱的外端上。用适当的封装材料(比如以环氧树脂为基础的高温热传导粘合剂)把加热器导线和压力信号携带导紧固到这些凹槽中。封装材料形成一个平滑的连续型面的第二侧面表面，与第一侧面在气动力学上互补，从前部边缘到尾部边缘是平滑的。

通常用金属材料制作该支柱，并把它制作成薄的，没有中空的内部空间。由第二侧面表面实现把压力信号携带导管和加热器导线装进支柱，并且不要求穿过一个内部腔室的部件有螺纹，像在某些先有技术的设计中那样。因此，按照本发明的传感器的组装容易实现，减少了劳动量。当采用环氧树脂做为封装材料时，它的使用相当快，可以容易地实现自动化。

可以把本发明的支柱的截面形状改变成使它们的阻力最小。例如，可以设置成机翼的形状，其中心线与机翼的翼弦重合，而在翼弦的中点的前部有最大的厚度，并有圆形的前部边缘和尖锐的尾部边缘。最好，该支柱的最大厚度大约位于由前端向后的翼弦的15％到45％的部位。本发明也设想了采用挠曲的机翼形状的支柱的另外的设计。

可以用铸造或机械加工形成支柱上的凹槽，产生出可靠的和尺寸精确的通道。因此，加热器导线在每个传感器中总被精确地放置在相同的位置，减小了在使用过程中加热器的有效性的不同，也简化了组装。

在实现本发明时，最好采用以环氧树脂为基础的封装材料或粘合剂，这是因为它们耐腐蚀(腐蚀的问题可能在某些铜焊的结构中出现)，并且组装不会受到与铜焊有关的高温(这种高温有时会使支柱缠绕起来)。因此节省了劳动量，这是因为不再需要把被热变缠绕的支柱弄直。还有，因为可以去掉铜焊，所以可以使用像铝和复合材料这样的材料用于支柱和传感器。这些材料比较轻，比较便宜，比较容易加工，并且比先有技术的铍铜合金有更好的热传导性能。

支柱的比较薄的实心截面有非常好的热传导性能，从而当加热器起作用时，它将较快地使冰融化，并更好地防止结冰。

图1为有按照本发明制作的一根支柱的一个航空数据传感器的侧视图；

图2为图1的航空数据传感器的平面图；

图3为图1的航空数据传感器的前视图；

图4为在图1中4-4线上所取的剖面图；

图5为在图1中5-5线上所取的剖面图；

图6为图1中所示的航空数据传感器的前端的断开的放大图，部分以剖面形式示出，部分被断开；

图7为在图6中7-7线上所取的剖面图；以及

图8为零件分解透视图，示出用于在图1的传感器的前端中所采用的压力信号携带导管和加热器导线的一个支承件。

如图所示的整体上以10表示的一个航空数据传感器包括静压皮托管，它有一个带有朝前的皮托管开口1 4的管形的前端柱体部12。该前端柱体部12被支承在按照本发明制作的一根支柱16的外端上。前端柱体部12的中心轴线与流体流动的方向平行。

支柱16有一块用螺丝(这些螺丝用螺纹拧进支柱16的基座中)装在其上的基座板18。把基座板18构形成以常规的方式相对于飞行器(未画出)的表面支承着该航空数据传感器10。

由一块实心材料块制成支柱16，如可以在图1中所看到的那样，该支柱有通常为机翼的截面形状，在其第一侧面上有一个平滑的连续侧表面20，如图4中所示。该支柱有一个圆形的前部边缘22和一个尖锐的尾部边缘24。支柱16的等分线或中心面27与机翼截面的翼弦重合，如图4中所示。截面的最大厚度最好在翼弦的15％到45％的范围内，最可取的是大约为翼弦向后30％。

支柱16也由基座18向前弯曲到柱体部12。如图所示，由第二侧面21向里伸展三个凹槽26，28和30。凹槽26和28的尺寸可以容纳压力信号携带导管34和36。导管34携带来自皮托管开口14的压力信号，导管36通向前端柱体部12的内部的一个腔室42。示于图1的一个静压感知开口38通向该腔室42，因此导管36携带着来自腔室42的静压信号。凹槽30被制作成用来容纳适用的电阻加热器导线40。

在由基座18到前端柱体部12的大约一半处三个凹槽交汇在一起。交汇在一起的凹槽形成一个通道39，导管34和36与加热器导线40一起装配到该通道中。通道39在接近支柱与前端柱体部12的连接部分处终止。在支柱的外端的一个短孔41连接到通道39上，并连接到前端柱体部12的管形内部上。

可以由一块实心的材料(通常为金属)机械加工出支柱16，或者可以被铸造出，如果支柱不是在铸造过程中被制作出来，以一个预先确定的图样机械加工出凹槽26，28和30和通道39，用来容纳预先制作成的导管34和36，以及加热器导线40。

如可以在图6中所看到的那样，航空数据传感器的前端柱体部12有一个颈部12A，它装配到在支柱16的孔41的外端处的一个与之相对的孔中。可以以所要求的方式把两部分固定在一起，例如，用粘合剂，或者，如果是金属，靠铜焊，这种铜焊是局部的，不会引起缠绕。

在把前端柱体部12装到支柱上之前，可以把导管34放到凹槽28中，一端穿过孔41伸展。导管34的一端34A密封地装配到前端柱体部12的前端的一个孔中，并当组装完成后，通向皮托管开口14。在前端柱体部12也设置了一个静压开口38。在图6中也示出了开口38。静压开口38通向腔室42。把导管36放到凹槽26中，一端由孔41伸出，使得当把前端柱体部12装上之后它通向腔室42。在通道39中的材料确保导管36被适当地密封，使得它携带着在腔室42中存在的静压信号。

在该柱体中使用了一个支承堵塞隔离块44，如图8所示，该块有圆柱形的开孔34B和36B，用来分别容纳和支承导管34和36。该堵塞隔离块对于导管提供了在前端柱体部12中的支承。堵塞隔离块44也有一个凹口46，用来支承电阻加热器导线40。如可以看到的那样，加热器导线40通入到腔室42中，并缠绕着导管34的端部，使导管和前端柱体部12不会结冰，为的是防止开口14和38以及导管在使用过程中冻结被封闭起来。可以把堵塞隔离块仅仅滑动到其位置，并把它适当地固定在前端柱体部中。

单一的大通道39由凹槽26，28和30的交汇部位伸展到前端柱体部12，该通道容纳两根导管34和36以及加热器导线40。

通道39在端部55终止，该端部靠近前端柱体部12与支柱16之间的连接线54。支柱设有连接通道39的端部55并容纳两根导管34和36以及加热器导线40的开孔41，使得它们可以通入到管形的前端柱体部12和腔室42的内部。

用适当的封装材料或可硬化的粘合剂(以29示出)把导管34和36以及加热器导线40紧固在并密封在它们各自的凹槽中和通道39中，比如用一种以环氧树脂为基础的粘合剂，这种粘合剂是导热的，并且相对较快地固化。把导管34和36预先制作成它们所要求的形状，包括对于由前端柱体部12到基座18的曲线必要的的弯曲，这些导管在它们伸展穿过基座18的部位有弯曲部分。相对着开出在基座18中对于导管34和36的开孔，为的是对于导管有适当的间隙。

作为组装的第一步，可以把导管和加热器导线放置到各自的凹槽中，并在通道39中把它们连接起来，并将穿过开孔41伸展。加热器导线40缠绕着皮托压力信号携带导管34。把加热器导线和导管支承在堵塞隔离块44上，并且可以用一种封装材料或粘合剂(比如一种环氧树脂，在图6中以58表示)把它们固定。可以在部分组装支柱(把颈部12A装配进支柱的端部的开孔41中)之后，可以把前端柱体部12滑进其位置。把导管端部34A滑进在前端柱体部12的内部设置的开孔中。如果需要，在组装过程中，在导管34的端部34A上可以使用一种适当的密封剂。

把导管和加热器导线用粘合剂(用导热的封装材料29，通常为一种可固化的液态环氧树脂)由支柱的第二侧面紧固它们各自的凹槽中。一旦封装材料29固化了，可以很容易地用砂纸打磨侧面21的支柱的外表面(它与侧面20的表面相对)，或用其它方法研磨，把多余的封装材料除去，并形成经精整加工的表面，使侧面21的表面的被机械加工的部分的型面连续起来。用来固定导管和加热器的材料(比如环氧树脂)粘到形成凹槽的支柱的表面上，并在两根轴线上增加了强度和抗弯曲的能力。固定材料把导管固定到支柱结构中形成一个整体，这也增加了薄支柱的强度。

在这一步组装完成之后，可以把基座18紧固到支柱上，随后整个航空数据传感器已经制作好了，可以装到飞行器上去使用。当然，在压力信号携带导管上可以使用适当的接头，用来把它们连接到飞行器中已有的传感器上。

航空数据传感器的组装相对来说是容易的，这是因为可以预先制作出导管，并可以容易地把导管插入，因为支柱16是由一块实心的材料制成的，并且凹槽只是由一个侧面制作出来的。使用环氧树脂型的封装材料不需要高度的加热，所以缠绕不成为一个问题。可以用粘合剂把前端柱体部12固定在其位置上。如果前端柱体部是用粘合剂固定的，沿着支柱16不需要进行铜焊，支柱的材料可以由种类广泛的重量轻，强度高，容易进行机械加工的材料(包括复合材料，铝合金和钛合金)中挑选。材料的挑选不再被限制为能很好地铜焊的材料和有高强度的材料，比如当今在使用的铍铜合金。

去掉了中空的结构，从而在侧面表面20和21之间的宽度可以被减到最小。在实际使用中，例如，采用大约1/8英寸外径的导管的情况下，支柱的总厚度可以被制作成比1/4英寸还薄。

如上面所提到的那样，放置加热器和压力信号携带导管只需要把它们放置到凹槽中，随后在前端柱体部12上滑动。

图4示出一种可以被用作支柱的适用的机翼截面形状。也如在图1中所示出的，支柱的前边缘以一种空气动力学上有效的构形由它的外端向里弯曲，朝向基座。支柱混合进圆柱形前端柱体段中，如可以看到的那样。支柱的构形相对于以皮托管开口的轴线为中心的平分平面可以是对称的，或者支柱可以在横向上由前端柱体部12偏斜。换句话说，在图3中所示出的对称关系不是本质性的。

本发明的支柱可以被做得比已有的支柱薄得多，并且没有中空的内部。重量明显地减小，减小三个数量级或更多，在跨音速区的阻力数可以由传统的支柱减小高到大约50％。制作支柱的实心材料块使得可以减小其尺寸，因为不需要有长的壁形成用来容纳加热器的凹部，也不需要有彼此分离开的壁用来形成一个全长度的腔室来容纳压力信号携带导管。

在本发明的支柱中的加热器导线靠近该支柱的中部，这使得热量可以基本上均匀传递到支柱的两个侧面用来实现除冰，有效地利用加热器。

虽然参考着优选实施例描述了本发明，但是对技术熟悉的人将认识到：在形式和细节上可以作出改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.用于航空数据传感器的一种实心支柱，它有所要求的截面形状，一个基座端和一个外端；

该支柱有由基座端向外端伸展的第一侧面，该第一侧面的表面由前端到尾端被平滑地构形成所要求的形状；

所述支柱有由前端到尾端伸展的第二侧面，并有在其中间形成的至少一个凹槽，用来容纳一根压力信号携带导管；以及

一种充满凹槽并把导管固定在凹槽中的定位材料。

2.根据权利要求1的支柱，其特征在于第二侧面中的凹槽在把导管固定在其位置之后被构形成平滑的有型线的表面。

3.根据权利要求2的支柱，其特征在于一个细长的加热器被固定在沿着所述支柱伸展的一个凹槽中。

4.根据权利要求1的支柱，其特征在于支柱的截面形状包括一个通常为机翼的形状，支柱的中心线沿着机翼形状的翼弦，并且该支柱的最大厚度为翼弦的15％到45％。

5.根据权利要求1的支柱，其特征在于所述第二侧面在靠近基座端有多个凹槽，分开的细长件被置于这些凹槽中，这些凹槽彼此分开，所述凹槽在外端附近交汇成一个单一的通道，所述单一的通道的尺寸可以容纳来自至少一个凹槽的一根导管和在第二凹槽中的一个加热器。

6.根据权利要求5的支柱，其特征在于支柱的外端交汇到一个通常为圆柱形的柱体部中，一个内部的开孔至少穿过支柱的外端的一部分，通道通向该开孔。

7.用来感知传感器上的外部开口处的压力的一种航空数据传感器，它包括有实心的截面的一根支柱，只由它的一个侧表面在该支柱的横向上向里伸展的至少一个凹槽，所述凹槽的尺寸可以容纳该航空数据传感器的一根细长的导管，该导管沿着支柱的长度伸展，前端部有一根通常朝向流体流动的方向的轴线，并有至少一个开口，用来对细长的导管提供压力信号，该传感器还有充满凹槽的一种材料，把导管固定在凹槽中。

8.根据权利要求7的航空数据传感器，其特征在于该传感器包括加热器导线，所述支柱有用来容纳加热器导线的第二凹槽，此凹槽由支柱的与所提到的第一凹槽相同的侧面向支柱的里面形成，把所述加热器导线嵌入用来把导线固定在支柱中的热传导材料中，为的是对航空数据传感器进行加热。

9.制作航空数据传感器的一种方法，它包括如下步骤：

制作出一根实心的支柱，它有所要求的截面形状；

设置沿着支柱的长度伸展的至少一个凹槽，它的尺寸可以容纳一个细长件；

把细长件放到该至少一个凹槽中，并把该件固定在凹槽中；以及

把支柱精整加工成所要求的气动力学型面。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于包括以下步骤：在支柱的外端设置一个前端柱体，并把该柱体固定到通向在支柱的外端形成的一个开孔的位置，该开孔通向该至少一个凹槽，并且该细长件由凹槽穿过该开孔通到柱体的内部。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于在支柱中设置了至少三个凹槽，所有这些凹槽都由支柱的同一侧面向里伸展，在靠近开孔的部位它们交汇成单一的通道，把分开的细长件放到凹槽中，这包括把分开的导管放到这些凹槽中的两个中和把一个加热器放到第三个凹槽中，以及使导管和加热器穿过通道和开孔，伸展进柱体的内部。