CN117377881A - 空气动力学测量探测器 - Google Patents

Abstract

公开了一种空气动力学测量探测器，旨在用于测量沿飞行器机身流动的空气流的局部迎角，所述探测器包括支撑件(1)和能够绕纵向轴线(3)相对于支撑件(1)旋转的轴杆(2)，支撑件(1)和轴杆(2)被配置为在它们之间形成缝隙(4)，所述缝隙围绕着支撑件(1)中的位于轴杆(2)端部处的环形舌片(2a)延伸，使得能够保持功能间隙以便允许轴杆(2)的一端在支撑件(1)中自由枢转，所述缝隙与杂质排出回路(5)连通，所述缝隙(4)包括内环形槽(6)，其围绕所述旋转轴线形成在支撑件(1)中并背离所述轴线直接开口到环形舌片(2a)的端部部分上，内槽(6)的轮廓是圆形的。

Description

空气动力学测量探测器

本发明涉及一种旨在测量沿飞行器机身流动的气流的局部迎角的空气动力学测量探测器，特别是迎角(AOA)探测器或侧滑角(SSA)探测器。

根据一种已知技术，旨在测量迎角(AOA)或侧滑角(SSA)的空气动力学测量探测器包括可旋转组件，所述可旋转组件旨在被定向为与环绕飞行器的气流相符，被固定或刚性地连接到机身的支撑件安装于所述可旋转组件上。测量气流在飞行器机身上的局部迎角是驾驶飞行器的基本参数。这使得可以定义飞行器的速度矢量相对于环绕飞行器的环境空气流的方向。

使用可移动组件导致了该可移动组件相对于嵌置在飞行器机身中的其支撑件的密封的问题。必须提供防止或限制液体或其他异物渗入探测器机构内的装置。

已经设想了包括采用干摩擦或粘性摩擦的密封轴承的各种解决方案来克服这一困难。这些解决方案提供了可变的密封性能，并且可以根据飞行器的需要来设计尺寸。

杂质可能会到达这些轴承并抓住或卡住它们。为了防止这种情况，可以用可变形的保护器密封该缝隙，损害测量精确度/灵敏度，或者允许异物进入和管理其排出。

然而，销和支撑件之间的干摩擦或粘性摩擦会产生抵制可移动组件旋转的扭矩。为了满足空气动力学探测器在精确度和响应时间方面的最高要求，已经设想出使用相对于该支撑件以无摩擦的方式旋转的销。为了允许销自由旋转，旋转销通过一组用于引导旋转的轴承连接到支撑件，不存在与销接触的垫圈或其他密封装置。因此可以接受的是杂质(比如水滴、冰颗粒、沙粒、灰尘、烟尘颗粒等)可以渗入到销和支撑件之间的界面处。

对于这些具有以无摩擦方式旋转的销的装置，希望限制渗入的杂质的量。

飞行器受到其中流体流会携带着烟尘、灰尘和冰颗粒和/或水滴的极端环境的影响。探测器必须耐用以抵抗这些环境。例如，DO160鉴定测试规定了严苛的测试条件(沙尘、进水、结冰)，探测器必须满足这些条件，以证明其在操作条件下的耐用性。

由Thales开发的已知的AOA探测器C16291AB在安装板和旋转部分之间具有非常大的功能间隙(clearance)。此功能间隙与位于安装板下方的空隙连通。排放孔系统地指向下方。功能间隙的大尺寸防止旋转部分因小颗粒堆积(或DO160砂测试中的大颗粒)而被卡住。如果排放孔的排出速度不足，则安装板下方的大空隙容积空间“储存”颗粒，不会有卡住旋转零件的风险。

该探测器摄入的颗粒的管理基于可移动部分和固定部分之间的功能间隙。与通常遇到的颗粒的尺寸相比，此间隙很大，防止了叶片被固体颗粒卡住。然而，此大间隙促进了与叶片基部处的空气的强烈热交换。这使得此第一解决方案容易受结冰影响。

文献US10393766B2也是已知的，其公开了一种用于管理进入迎角探测器的水的系统。公开了一种具有四个排放孔的解决方案，其中的两个排放孔始终指向下方。探测器的功能间隙通过探测器的固定部分下方的大容积空间连接到所有的排放孔。以同样的方式，如果排放孔的排出速度不足，此大容积空间可能储存水。必须注意，在某些情况下，该用于管理由探测器摄入的水的系统允许水到达探测器的电子单元。

这种探测器解决了管理通过排放孔进入的水的问题。它没有解决固体颗粒侵入探测器内部的问题或结冰的问题。

文献EP 2851689也是已知的，其公开了一种用于将由迎角探测器摄入的水经由其功能间隙引导至排放孔的解决方案，排放孔将水排出。所提出的该解决方案基于旋转元件的基部的形状和固定部分的形状。这两个部分之间的缝隙形成若干通道，这些通道优选将被摄入的水引导向排放孔，而不是引导向使所述可移动部分旋转的轴承。

这种探测器所具有的形状只能通过3D打印来生产，因为它似乎不能使用传统的加工技术生产。这种探测器所具有的形状只能通过3D打印来制造，因为它似乎很难使用传统的加工技术制造，在任何情况下成本过高。然而，此制造技术尚未被批准用于航空领域。此外，小通道可能容易受沙子进入影响，并导致堵塞风险。

本发明的一个目的是提供一种探测器，该探测器克服了上述缺点，尤其是结冰和杂质排出问题。

根据本发明的一个方面，提出了一种空气动力学测量探测器，旨在用于测量沿飞行器机身流动的空气流的局部迎角，包括支撑件和能够绕纵向轴线相对于支撑件旋转的轴杆，支撑件和轴杆被配置为在它们之间形成缝隙，所述缝隙围绕着支撑件中的位于轴杆端部处的环形舌片延伸，使得能够保持功能间隙以便允许轴杆的一端在支撑件中自由枢转，所述缝隙与杂质排出回路连通，所述缝隙包括围绕所述旋转轴线的内环形槽，所述内环形槽形成在支撑件中，并背离所述轴线直接开口到环形舌片的端部部分上，内槽的轮廓是圆形的。

杂质是指水滴、冰颗粒、沙粒、灰尘、烟尘颗粒等。

设有这种内环形槽的这种探测器有利于涡流的发展，而不利于使沙子直接储存在可移动的轴杆或叶片的根部下方(靠近旋转轴线)。更具体地它可以保护允许轴杆旋转的轴承。

此外，这种舌片的存在使得可以防止气流通过排放孔进入而不是离开。

圆形的轮廓有利于涡流的发展，而不利于使沙子直接储存在轴杆的根部下方。

根据一个实施例，所述缝隙还包括围绕旋转轴线的外环形槽，其形成在支撑件中，并朝向所述轴线开口，使得所述环形舌片被直接定位在内槽和外槽之间。

该外槽允许在缝隙的入口附近产生涡流，并将杂质引向排放孔。

根据一个实施例，外槽的轮廓是矩形的。

矩形的轮廓使得可以在两次连续清洁操作之间最大化储存沙子的空间。

在一个实施例中，外槽的矩形轮廓的高度在1.5mm和4mm之间，并且优选地高度为3mm。

这些尺寸允许在令人满意的抗冰性(对流受到限制并且为可能的加热器留出空间)和在两次连续清洁操作之间储存沙子的可能性之间实现极好的折衷。这些尺寸还允许涡流的发展，有利于杂质的排出。

根据一个实施例，外槽的矩形轮廓的深度在3mm和7mm之间，并且优选地深度为4.5mm。

这些尺寸也允许在令人满意的抗冰性(对流受到限制并且为可能的加热器留出空间)和在两次连续清洁操作之间储存沙子的可能性之间实现极好的折衷。这些尺寸也允许涡流的发展，有利于杂质的排出。

根据一个实施例，内槽的圆形轮廓具有在2和5mm之间的直径，并且优选地具有3.2mm的直径。

这些尺寸允许在探测器的固定支撑件和可移动的轴杆的基部之间的空间、杂质的屏障效应以及功能间隙之间提供极好的折衷，其必须足够大以实现精确度性能。

在一个实施例中，内槽的轮廓是矩形的。

矩形的轮廓使得可以在旋转机构之前储存更多的沙子。

根据一个实施例，矩形内槽的轮廓具有2mm至5mm之间的高度。

这些尺寸也允许在探测器的固定支撑件和可移动的轴杆的基部之间的空间、杂质的屏障效应以及功能间隙之间提供极好的折衷，其必须足够大以实现精确度性能。

在一个实施例中，所述缝隙包括位于缝隙的汇合到户外空气的那部分和外槽之间的第一基本直线部分，其具有在1mm和5mm之间的宽度，并且优选地宽度为1.2mm。

这使得可以防止空气通过杂质排出回路的排放孔吸入，并且可以允许诸如沙子的更大杂质通过(根据DO160规定)。

根据一个实施例，缝隙包括位于外槽和内槽之间的第二基本直线部分，其宽度在0.5mm和1mm之间，并且优选地具有0.65mm的宽度。

这些尺寸可以保证测量的准确性。

在一个实施例中，缝隙包括第三基本直线部分，其被定位在所述内槽和所述缝隙的与可移动的轴杆的机械元件相接触以允许其旋转的第四部分之间，具有在0.5mm和1mm之间的宽度，并且优选具有0.65mm的宽度。

这些尺寸允许在探测器的固定支撑件和可移动的轴杆的基部之间的空间、杂质的屏障效应以及功能间隙之间提供极好的折衷，其必须足够大以实现精确度性能。

通过研究关于非限制性示例描述的和通过附图示意的各种实施例将更好地理解本发明，其中：

[图1]示意性地示出了根据本发明的一个方面的空气动力学测量探测器的外部视图；

[图2]示意性地示出了根据本发明的一个方面未经过杂质排出回路的排放孔的空气动力学测量探测器的剖视图；

[图3]示意性地示出了根据本发明的一个方面经过了杂质排出回路的排放孔的空气动力学测量探测器的剖视图；

[图4]示意性地示出了根据本发明的一个方面经过支撑和旋转轴杆之间的缝隙的空气动力学测量探测器的剖视图，其中速度场被投影到截面中；

[图5a]示意性地示出了根据本发明的一个方面的离开杂质排出回路的排放孔的气流的流线的外部视图；

[图5b]示意性地示出了根据本发明的一个方面的离开缝隙后部的气流的流线的外部视图；

[图6a]示意性地示出了根据本发明的一个方面的离开杂质排出回路的排放孔的气流的流线的内部视图；和

[图6b]示意性地示出了根据本发明的一个方面的离开缝隙后部的气流的流线的内部视图。

在所有附图中，具有相同参考标记的元件是相似的。

在本说明书中，所描述的实施例是非限制性的，并且对本领域技术人员公知的特征和功能没有详细描述。

图1示意性地示出了旨在用于测量沿飞行器机身流动的气流的局部迎角的空气动力学测量探测器，包括支撑件1，在本实例中支撑件为圆形形状，以及能够围绕纵向轴线3相对于支撑件1旋转的轴杆2。

所提议的用于管理由空气动力学测量探测器导致的杂质摄入的本解决方案是基于可移动的轴杆或叶片2和加热体之间的功能间隙的设计以及排放孔的设计。所提议的设计使得可以同时管理冰晶、水滴和固体颗粒(比如火山灰、灰尘或沙粒等)的摄入(由DO160定义的，其定义了用于飞行器上设备的测试程序)。

图1示出了空气动力学测量探测器的外部，并突出显示了支撑件1和可移动的轴杆2之间的缝隙4，该缝隙在支撑件1中围绕轴杆2端部处的环形舌片2a延伸。当探测器被放置于空气流中时，空气通过缝隙4的前部进入，并且通过杂质排出回路5的排放孔(在本实例中为两个排放孔5a和5b)并通过缝隙4的后部排出。

例如，排放孔5a和5b被定位成使得这两个中的一个被安置成始终朝向底部(沿重力方向)，无论探测器安装在飞行器的右侧还是左侧。图1显示了排放孔5b朝向底部安置的情形。这使得当飞行器停止或滑行时可以通过重力排出进入探测器的杂质。

图2示出了不经过杂质排出回路的排放孔5a、5b的空气动力学测量探测器的剖视图，图3示出了根据本发明的一个方面的经过杂质排出回路的排放孔5a、5b的空气动力学测量探测器的剖视图。这些截面经过可移动的轴杆或叶片2的对称平面。

缝隙4包括围绕着旋转轴线的内环形槽6，其形成在支撑件1中并且背离该轴线开口。

图4更详细示出了缝隙4。

如图2、3和4所示，旋转的轴杆2的根部和固定支撑件1之间的缝隙4的起始处基本上是直的，具有恒定的宽度，这使得可以避免空气被通过排放孔吸入。

可选地，缝隙4还可以包括围绕着旋转轴线3的外环形槽7，其形成在支撑件中，并且朝向该轴线开口。以非限制性的方式，本说明书中描述的附图包括这样的外环形槽7。

此外，轴杆2在支撑件中的端部可还包括被定位在内槽6和外槽7之间的环形舌片2a。

通过缝隙4进入的空气携带的沙子必须不得阻止可移动的轴杆2的旋转。因此它必须允许最大的沙粒通过。标准DO160规定最大颗粒尺寸约为1mm。因此，缝隙4的最小宽度必须略大于1mm。另一方面，出于热保护的原因，缝隙4的宽度必须尽可能小。此宽度的最大可接受值为5mm。

考虑到流动的方向，缝隙4包括位于第一槽上游的第一基本直线部分，其具有在1mm和5mm之间的宽度，并且优选具有1.2mm的宽度。

该第一基本直线部分汇合到外槽7内。

外环形槽7可以具有矩形轮廓，其高度在1.5mm和4mm之间，优选3mm，深度在3mm和7mm之间，优选4.5mm。

在外槽7和内槽6之间具有第二基本直线部分4b，其宽度在0.5mm和1mm之间，优选0.65mm。

缝隙4包括第三基本直线部分4c，其被定位于内槽6的下游，与可移动的轴杆2的机械元件接触以允许其旋转的第四部分4d的上游，宽度在0.5mm和1mm之间，并且优选宽度为0.65mm。

缝隙4的第一部分与外槽7直接连通。这是围绕着加热体延伸一整圈(回转对称)的圆柱形槽，图中未示出。

内槽6的轮廓例如是圆形或矩形的。

如果它是圆形的，则内槽6的轮廓的直径在2和5mm之间，并且优选直径为3.2mm。

如果它是矩形的，则内槽6的轮廓的高度在2mm和5mm之间。

如图4所示，缝隙4和外槽7之间的横截面的突然变化导致在外槽7内部产生再循环涡流T7。它起源于外槽7的内部、沿着可移动的轴杆2的旋转轴线在其前边缘的正下方，然后在该元件的任一侧上延伸直至排放孔5a和5b。因此，该涡流T7将通过缝隙4的上游部分进入的任何杂质引导向排放孔5a、5b。

内槽6的圆形(泪珠形)或矩形轮廓产生另一个涡流T6，其相对于外槽7的涡流T7反向旋转。与涡流T7一样，涡流T6起源于该几何形状的最上游点。它延伸到探测器的下游部分，在那里流及其携带的杂质被排出。

一些杂质可能没有被涡流T7引导向排放孔5a、5b，而是在轴杆2下方的路径上继续前行。然后它们遇到上转弯或内槽6，这是防止杂质侵入轴杆2机构以及因此防止发生卡死的最后屏障。它必须尽可能高，但不妨碍探测器的可移动的轴杆2旋转。

轴杆2的根部延伸稍稍超出固定的支撑件，使得流动停止点位于探测器根部上。因而，流动通过缝隙4的上游半部分进入探测器根部下方，通过缝隙的下游半部分并通过排放孔5a、5b离开。

在图5a和图5b中以及在图6a和图6b中示出了排放孔与杂质排出系统其余部分的连接。

图5a显示了流经排放孔5a、5b的流的流线。在离开这些孔之前，流从图5a的左下方到达并遵循箭头的方向。它通过缝隙4的上游部分进入，然后在通过排放孔5a和/或通过排放孔5b离开之前在槽7和/或6中流动。

图5b补充图5a，因为把所有东西都显示在同一个图中将难以辨认。图5b显示了流经缝隙4后部的流的流线图。

图6a示出了经过杂质排出回路的排放孔的气流的流线的内部视图。

图6b补充图6a，因为把所有东西都显示在同一个图中将难以辨认。图6b示出了经过缝隙4后部的气流的流线的内部视图。

Claims (17)

1.一种空气动力学测量探测器，旨在用于测量沿飞行器机身流动的空气流的局部迎角，包括支撑件(1)和能够绕纵向轴线(3)相对于支撑件(1)旋转的轴杆(2)，支撑件(1)和轴杆(2)被配置为在它们之间形成缝隙(4)，所述缝隙围绕着支撑件(1)中的位于轴杆(2)端部处的环形舌片(2a)延伸，使得能够保持功能间隙以便允许轴杆(2)的一端在支撑件(1)中自由枢转，所述缝隙与杂质排出回路(5)连通，所述缝隙(4)包括围绕所述旋转轴线的内环形槽(6)，所述内环形槽形成在支撑件(1)中，并背离所述轴线直接开口到环形舌片(2a)的端部部分上，内槽(6)的轮廓是圆形的。

2.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述缝隙(4)还包括围绕旋转轴线(3)的外环形槽(7)，其形成在支撑件中，并朝向所述轴线开口，使得所述环形舌片(2a)被直接定位在内槽(6)和外槽(7)之间。

3.根据权利要求2所述的探测器，其中，所述外槽(7)的轮廓是矩形的。

4.根据权利要求3所述的探测器，其中，所述外槽的矩形轮廓具有在1.5mm和4mm之间的高度(a)。

5.根据权利要求4所述的探测器，其中，所述外槽的矩形轮廓具有3mm的高度(a)。

6.根据权利要求3至5所述的探测器，其中，所述外槽(7)的矩形轮廓具有在3mm和7mm之间的深度(b)。

7.根据权利要求6所述的探测器，其中，所述外槽(7)的矩形轮廓具有4.5mm的深度(b)。

8.根据权利要求7所述的探测器，其中，所述内槽(6)的圆形的轮廓具有在2和5mm之间的直径(d)。

9.根据权利要求89所述的探测器，其中，所述内槽(6)的圆形的轮廓具有3.2mm的直径(d)。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的探测器，其中，所述内槽(6)的轮廓是矩形的。

11.根据权利要求10所述的探测器，其中，矩形的内槽(6)的轮廓具有在2mm和5mm之间的高度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的探测器，其中，所述缝隙(4)包括位于缝隙(4)的汇合到户外空气的那部分和外槽(7)之间的第一基本直线部分(4a)，其具有在1mm和5mm之间的宽度(f)。

13.根据权利要求12所述的探测器，其中，所述缝隙的第一部分具有1.2mm的宽度(f)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的探测器，其中，所述缝隙包括位于外槽(7)和内槽(6)之间的第二基本直线部分(4b)，其具有在0.5mm和1mm之间的宽度(c)。

15.根据权利要求14所述的探测器，其中，所述缝隙(4)的第二部分(4b)具有0.65mm的宽度(c)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的探测器，其中，所述缝隙包括第三基本直线部分(4c)，其被定位在所述内槽(6)和所述缝隙(4)的与可移动的轴杆(2)的机械元件相接触以允许其旋转的第四部分(4d)之间，具有在0.5mm和1mm之间的宽度(e)。

17.根据权利要求16所述的探测器，其中，所述缝隙的第三部分具有0.65mm的宽度(e)。