DE2138495A1

DE2138495A1 - Heizeinrichtung fuer stroemungssonden

Info

Publication number: DE2138495A1
Application number: DE2138495A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Tauchmann
Original assignee: DORNIER AG
Current assignee: DORNIER AG
Priority date: 1971-07-31
Filing date: 1971-07-31
Publication date: 1973-02-01
Also published as: GB1371709A; US4000647A; FR2149090A5

Description

Friedrichshafen

Reg. 2303

Heizeinrichtung für Strömungssonden

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für Strömungssonden, insbesondere an Fluggeräten zur Messung aerodynamischer Größen, wie z. B. des Gesamtdruckes, des statischen Druckes und der Gesamttemperatur.

" Mit Strömungssonden der genannten Art, z. B. Staurohren, Pitotrohren oder dgl. erhält man wesentliche Parameter für den Auftrieb eines Strömungs körpers. Ferner läßt sich aus der Messung des statischen Druckes unmittelbar die barometrische Standardhöhe (z. B. ICAO-Normhöhe) ermitteln. Für die Messung des Gesamtdruckes mittels Pitotrohren werden axial gerichtete Bohrungen im Sondenkörper vorgesehen, deren öffnung an der vorderen Stirnseite der Sonde gegen die Anström richtung weist, wobei die Bohrung in ein Meßrohr mündet. Ähnlich wie bei Pitotrohren können zur Bestimmung der Gesamttempe-' ratur anstelle des Meßrohres Temperaturfühler (Thermoelemente) treten. Für die Messung des statischen Druckes weisen Sonden radial gerichtete, auf den Umfang des Sondenkörpers verteilte Bohrungen auf. Da sich der statische Druck theoretisch nur an einer unendlich langen, in der Strömung liegenden Sonde messen läßt, werden Maßnahmen getroffen, die es erlauben, an den Sonden Druckverhältnisse zu simulieren, die den an einer unendlich langen Sonde theoretisch auftretenden Druckverhältnissen entsprechen. Die Maßnahmen können darin bestehen, daß die Sonden mittels eines Stieles an. einem Flug-"

2Q9885/0754

gerät befestigt werden, wobei dem Stiel die Aufgabe zukommt, den durch die

' ■'.■"■"

Stauwirkung am Fluggerät verfälschten statischen Druck vollständig oder teilweise auszugleichen. Ferner lassen sich die verfälschten Druckverhältnisse auch durch die Formgebung des Sondenkörpers kompensieren.

Wie allgemein bekannt, kommt es unter bestimmten Bedingungen während des Fluges zur Bildung eines Eisansatzes und zwar sowohl am Fluggerät selbst als auch an den daran befestigten Strömungssonden. Infolge des Einsansatzes * verändert sich einerseits die Form des Sondenkörpers, so daß die gemessenen Werte nicht mehr den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen. Andererseits kann der Eisansatz zur Verengung oder zum völligen Abschluß der Entnahmeöffnungen am Sondenkörper führen.

Um derartige ungünstige Wirkungen zu vermeiden, ist es bekannt, Heizeinrichtungen z. B. elektrische Widerstandsheizungen an den Strömungssonden vorzusehen. Bei dieser Art von Heizungen werden im allgemeinen die Drahtwendel in den Sondenkörper eingesetzt und teilweise auch mit diesem verlötet.

Infolge der hohen Wärmeabfuhr an den Sonden während des Fluges erfordern derartige Heizeinrichtungen die Installierung hoher Heizleistungen, um eine sichere Enteisung zu gewährleisten. Aufgrund der hohen installierten Heizleistung werden bei geringer Wärmeabfuhr z. B. wenn sich das Fluggerät vor einem Start noch am Boden befindet, die Sonden überhitzt. Daraus resultiert, daß die Oberflächen der Strömungssonden unter anderem verzundern und die

209806/0754

- -3-. · 213849b

Heizwendel durchbrennen können. Der Einschaltung der Heizeinrichtung nur bei Vereisungsbedingungen steht entgegen, daß das Flugzeugführungspersonal bereits durch ihre eigentlichen Aufgaben voll beansprucht ist, und nicht noch durch andere Überwachungsaufgaben belastet werden kann und andererseits die Tatsache, daß ein Erkennen der zur Vereisung führenden Bedingungen nicht immer eindeutig möglich ist. Ferner muß die Funktion der Heizeinrichtung durch das Bodenpersonal überprüft werden. Durch die relativ hohe Aufheizung der Sondenkörper besteht für das Bodenpersonal die Gefahr, sich Verbrennungen, zuzuziehen. Aus den angegebenen Gründen werden im allgemeinen die Heizeinrichtungen für die Sonden bereits vor dem Start eines Fluggerätes eingeschaltet. ' . .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für Strömungssonden eine Heizeinrichtung zu schaffen, die mit hoher Leistungsaufnahme bei großer Wärmeabfuhr (Vereisungsbedingung) arbeitet. Die Heizung soll unterhalb einer gegebenen Temperatur mit einer möglichst hohen Leistungsaufnahme arbeiten, so daß Enteisungswirkung eintritt und auch etwa-in den Entnahmeöffnungen und Meßbohrungen enthaltenes ^ Wasser verdampft wird, oberhalb dieser Temperatur soll die Leistungsaufnahme selbsttätig stark vermindert sein. Die Heizeinrichtung soll dabei nur einen geringstmöglichen Aufwand an Bauteilen erfordern und auch nachträglich in bereits vorhandene Strömungssonden einbaubar sein.

Die Lösung der'gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß zur Erzielung einer hohen Heizleistung bei niedriger Umgebungstemperatur und Begrenzung der Le is ungs aufnahme bei Erreichen einer vorbestimmten Tempera-

- 4

20 988 5/075A

tür (Verdampfungstemperätur) aus Kaltleitern bestehende Heizelemente mit in einem bestimmten Temperaturbereich geringen und in einem daran anschließenden Bereich hohen Anstieg des Widerstandes in den Sondenkörper eingesetzt sind. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Heizeinrichtung ermöglicht durch die Eigenschaften der verwendeten Kaltleiter-Heizelemente auf äußerst einfache Weise eine selbsttätig wirkende Begrenzung der Aufheizung des Sondenkörpers bei nicht genügender Wärmeabfuhr und gleichzeitig eine Erwärmung des Sondenkörpers auf eine Temperatur, bei der Eisansatz mit Sicherheit vermieden wird. Es erübrigt sich dabei die Verwendung von Temperaturfühlern und durch diese beeinflußbare Einrichtungen zur Steuerung der Heizleistung. Es werden damit Beschädigungen an der Sonde und der Heizung selbst durch zu hohe Erwärmung sowie eine Überlastung des Bordnetzes des Fluggerätes vermieden.

In der Zeichnung ist eineAusführung der erfindungsgemäß ausgebildeten . Heizeinrichtung dargestellt, wobei die Sonde im Längsschnitt dargestellt ist.

Die in der Zeichnung gezeigte Sonde stellt ein sich in der Strömung

^ selbsttätig* einstellendes Staurohr (Pitot-Statikrohr) dar. Es ist mit 1 der Sondenkörper, mit 2 der flugzeugfeste Haltemast und mit 3 das Ringleitwerk am Sondenkörper 1 bezeichnet. In bekannter Weise enthält der Sondenkörper 1 eine zur Gesamtdruckmessung dienende axiale Bohrung 5, deren Öffnung 6 an der vorderen Stirnseite des Sondenkörpers 1 gegen die Anströmrichtung weist. Innerhalb des Sondenkörpers 1 ist das Meßrohr 8 für die Gesamtdruckmessung angeordnet. Ferner ist innerhalb des Sondenkörpers 1 ein Meßrohr 9 für die Entnahme des statischen Druckes untergebracht. Die beiden Meßrohre 8 und 9 sind in bekannter Weise an einen Differenzdruckmesser bzw. einen Absolutdruckmesser ange-

209885/0754

2138-435

schlossen, der hier jedoch nicht dargestellt ist. Auf den Umfang des Sondenkörpers 1 verteilt angeordnet und in einem Abstand von der Öffnung 6 für die Gesamtdruckmessung sind radiale Bohrungen 7 in den Sondenkörper 1 eingearbeitet, ah denen der Statische Druck abgenommen und dem Meßrohr 9 zugeführt wird. Im Innenraum 16 des Sondenkörpers 1 sind Heizelemente 10, 11, I2_e 13, 14 und 15 an Stellendes Sondenkörpers angeordnet, die erhöhter Einsatzgefahr unterliegen. Die Heizelemente bestehen aus Kaltleiter elementen, die.über entsprechende elektrische Zuleitungen (nicht dargestellt) an eine Stromquelle in Parallelschaltung angeschlossen sind. Die Heizelemente 10 bis 15 weisen Ringform, auf, wobei deren Bohrungen 21 zur Verbindung der Öffnung 6 bzw. 7 im Sondenkörper 1 und den Meßrohren 8 bzw. 9 zur Messung des Gesamtdruckes bzw. des statischen Druckes dienen. Die Heizelemente liegen mit ihrer Umfangsfläche 22 zum besseren Wärmeübergang an der Innenwandung 17 des Sondenkörpers 1 an. Der Sondenkörper 1 ist mittels eines Kardangelenkes 25 gegenüber dem Fluggerät bzw. dem flüggerätefesten Haltemast 2 allseitig schwenkbar gelagert. Mittels des Ringleitwerkes 3 kann sich der Sondenkörper 1 in die jeweilige Anströmrichtung einstellen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Heizeinrichtung ist wie folgt: Die verwendeten Kaltleiter elemente 10 bis 15 sind Widerstände, die bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur (Curie-Temperatur) konstant niederomig sind. Bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur (Curie-Temperatur) tritt ein schlagartiger Widerstandsanstieg auf. Wird vor dem Start des Fluggerütes die Heizung eingeschaltet, so nehmen die Heizelemente 10 bis 15*

20988S/07S4

■⁶" 2138435

die vorausbestimmte Leistung auf und übertragen die Wärme auf den Sondenkörper 1 bis die Solltemperatur (Curie-Temperatur) erreicht ist. Durch die Ümströmung des Sondenkörpers 1 während des Fluges tritt eine erhöhte Wärmeabfuhr auf, wodurch sich der Sondenkörper 1 wieder auf einen Temperaturbereich unterhalb der Curie-Temperatur abkühlt und diese Temperatur auf die Heizelemente 10 bis 15 überträgt. Dadurch erfolgt wiederum eine Erhöhung der aufgenommenen Leistung. Damit wird gewährleistet, daß im Bereich unterhalb der Curie-Temperatur stets die maximal Vorbestimmte Leistung durch die Heizelemente aufgenommen wird und der Sondenkörper 1 stets eine Erwärmung oberhalb der Vereisungstemperatur aufweist.

23. JuU 1971
ET liJ/Be/bc

2 0 9 8 8 5 / Ü 7 5

Claims

Reg. 2303

Patentansprüche:

1. Heizeinrichtung für Strömungssonden, insbesondere an Fluggeräten zur Messung aerodynamischer Größen, wie z. B. des Gesamtdruckes, des statischen Druckes und der Gesamttemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer hohen Heizleistung bei niedriger Umgebungstemperatur und Begrenzung der Leistungsaufnahme bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur (Verdampfungstemperatur) aus Kaltleitern bestehende Heizelemente (10, 11, 12, 13, 14 und 15) mit in einem bestimmten Temperaturbereich geringen und in einem daraia anschließenden Bereich hohen Anstieg des Widerstandes in den Sondenkörper (1) eingesetzt sind..

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (10, 11, 1.2, 13, 14, 15) Ringform aufweisen und innerhalb des

• - - ■

Sondenkörpers (1) an den durch Eisänsatz gefährdeten Stellen angeordnet

sind. '

23. Juli 1971
ET lQ/Be/bc

20 9885/Q754

Leerseite