JP2002516998A

JP2002516998A - ピトー静圧管

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Publication number: JP2002516998A
Application number: JP2000551267A
Authority: JP
Inventors: セメノヴィッチヴォズダエフ、エフゲニー; ケーラー、ハインツ‐ゲルハルト; アレクセーヴィッチゴロフキン、ミカイル; アレクセーヴィッチゴロフキン、ウラディミール; クズミッチパンクラトフ、アナトリ; アレクサンドロヴィッチエフレモフ、アンドレイ
Original assignee: プロフェッサーエヌイーズコフスキセントラルエアロハイドロダイナミックインスティトゥート; エアロプリボールヴォスクホドオージェイエスシー; ノルト‐ミクロエレクトロニークファインメヒァニークアクチエンゲゼルシャフト
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2002-06-11
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: CZ290912B6; CA2325023A1; ID26301A; PL346367A1; EP1082616B1; RU2152042C1; JP3404019B2; IL139860A0; IL139860A; CZ20004361A3; DE69912772D1; US6813942B1; CN1303479A; GEP20032935B; CN1122848C; WO1999061924A1; KR20010071156A; BR9910728A; EP1082616A1; WO1999061923A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、全圧力と静圧と迎え角とを測定するための三つのオリフィス群（２、５、６、１０）と、軸方向対称体（１）と、電気加熱要素との間に配置された空気通路を固定するための支柱（４）とを含むピトー静圧管に関する。ピトー静圧管の空気力学的抵抗と着氷防止システムを加熱するのに必要な電力とを低下させるため、静圧測定用オリフィス（１０）は、支柱（４）上流の板（８）に配置される。この構成によりさらに、設計が単純となり、設計重量が削減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、飛行体の飛行パラメータの測定に、または液体および気体の流れを
扱う他の科学技術分野に関するものである。

【０００２】飛行パラメータの測定は、飛行体（ＦＶ）の航空及び空気力学における最重要
問題の一つである。現在、飛行パラメータ（流れパラメータ）を測定するにはピ
トー静圧管（ＰＳＴ）が使用され、航空機の胴体や他の飛行体の機体に直接取り
付けられることが多く、平面流れに近い局所的流れのパラメータを実際に測定す
る。一般的に、局所的流れを測定するこれらＰＳＴのいくつかが飛行体に取り付
けられる。実際の飛行パラメータは、事前の校正に基づいて決定される。

【０００３】ＰＳＴは国際特許出願公開９４／０２８５８号明細書から周知である。このＰ
ＳＴはＦＶの機体または胴体に取り付けられ、支柱の基部から管に接近するにつ
れて収束する曲線状の前縁および後縁を持つ支柱に取り付けられた円筒管を備え
る。支柱の前縁は丸みを帯びている。静圧管は、全圧力を検出するためのオリフ
ィスを管のノーズ部分に、静圧を検出するためのオリフィスを管のノーズから所
定距離の箇所に備える。ピトー探針は、着氷防止用のヒータを備える。しかしこ
のＰＳＴは、迎え角を測定するのに役立つ圧力検出用オリフィスが設けられてい
ないため、迎え角の決定には使用できない。厳密に述べると、国際特許出願公開
９４／０２８５８号明細書から分かるように、ピトー探針はこのような目的で設
計されているわけではないのである。さらに側面から見て、管に接近するにつれ
て支柱が収束しているため、空気通路とヒータとを構成するのに必要な内部体積
を維持した場合、支柱断面の輪郭の相対的厚さが急激に増加する。高い亜音速（
マッハ数Ｍ＝０．８〜０．９）では、局所的な衝撃波が早い段階で発生し、この
ようなピトー静圧管の衝撃波抵抗が急激に上昇する。

【０００４】全圧力Ｐ_o、静圧Ｐ_s、マッハ数Ｍと共に迎え角αを測定するための別の装置は
、ＲＵ２０００５６１から周知である。この装置は、回転軸と直交して配置され
た上面を持つと共に、静圧を測定するためのオリフィスを備えて前方が尖った板
の構造を持つ本体で構成される。板の後部上面には、板の上面と直交すると共に
端部に全圧力探針を設けた直線状前縁を持つ半翼が配置されている。迎え角を測
定するためのオリフィスは、半翼の直線状前縁に配置されている。静圧を測定す
るオリフィスと、全圧力探針と、対応する空気経路の補助により迎え角を測定す
るためのオリフィスとは、圧力変換器に接続されている。この装置はまた、機体
の角変位のための変換器を備える。静圧測定用オリフィスは、板の上面と同一平
面に設けられた非回転ディスク上に配置されている。基本的にこの装置は、空気
力学的な角度変換器とＰＳＴの機能が中で組み合わされたものである。既知の装
置は幾つかの欠点を持つ。第一に、まず装置が回転式であることから設計が複雑
である。結果的に摩擦係数の非常に低い軸受を備えなければならず、静的および
動的に装置の均衡を保つ必要がある。さらに、機体の角変位のための変換器を備
えなければならない。本質的に第一の欠点から派生する第二の欠点は、設計重量
の増大である。設計上の特徴のため、非回転式空気通路の補助により、全圧力を
飛行体の胴体と様々な機器に伝達することがしばしば必要となるにも関わらず不
可能であることも、既知の装置の欠点である。装置の回転部分から非回転部分へ
の圧力の伝達には、特殊なシールの貼付が必要であり、設計の複雑さおよび重量
の増大と、摩擦力モーメントの増大とを招き、結果的にこのような装置の動作開
始最低速度が高くなる。

【０００５】米国特許第４，３７８，６９６号明細書には、飛行（流れ）パラメータつまり
迎え角α、全圧力Ｐ_o、静圧Ｐ_sひいてはマッハ数Ｍを測定するための胴体ＰＳＴ
が示唆されているが、このＰＳＴは、全圧力検出用オリフィスが配置された円錐
形または弓形のヘッド部分を備える長形の軸方向対称体であり、この対称体は、
静圧を検出するためのオリフィスが配置された表面を持つ円形シリンダにつなが
っている。さらにこの円筒面は、迎え角を設定するための圧力を検出するオリフ
ィスが配置された円錐面とつながり、その後、再び円筒面につながっている。Ｆ
Ｖの胴体または機体に固定する目的で、ピトー探針は前縁が尖ったレンズ形状の
断面を持つ支柱を備える。

【０００６】既知のＰＳＴの欠点は、・軸方向対称体の全体的寸法が大きいこと、・設計が複雑であること、・空気力学的抗力が大きいこと、・着氷防止システムを加熱するのに必要な電力が増大すること、・円錐部分に配置された、そしてαを測定するためのオリフィスで測定される、迎え角に関する圧力感度が低いため、迎え角の決定に大きな誤差が生じること、・設計重量が増大すること、である。

【０００７】これは以下の要因によって引き起こされる。

【０００８】１．既知のＰＳＴは、軸方向対称体の中間区分が大きい。中間区分の寸法が大きいのは、この場合、二つの事情による。

【０００９】第一に、軸方向対称体の円筒部分は、迎え角を測定するための圧力を検出する
オリフィスが配置された円錐部分につながっている。迎え角に応じてこれらオリ
フィスにより検出される圧力の感度を高めるには、円錐の角度を十分に大きくし
なければならず、このことが従来の円錐部分の下流にある軸方向対称体の直径を
著しく増大させることになる。第二の事情は、全圧力と静圧と迎え角を決定する
ために圧力を測定するオリフィス群は、所定の形状に分散されるにも関わらず、
やはり同じ軸方向対称体の上に配置されるという事実に関連する。上記のオリフ
ィス群すべてにより外部に通じる空気通路と、着氷防止システムの筒状電気ヒー
タ（ＴＥＨ）とを、対称体の中に配置する必要がある。空気通路とＴＥＨの直径
は、空気通路については流体力学的抵抗の大きさにより、ＴＥＨについては熱流
束密度の最大値とヒータの表面温度とにより決定される、或る最小値を下回って
はならない。その結果、設計限界が高くなる、つまりＰＳＴの軸方向対称体の設
計複雑度が高くなるのである。

【００１０】上述の事情により、中間区分の面積が増大し、ひいては設計重量と空気力学的
抵抗と着氷防止システムの所要電力が増大する。円筒部分から円錐部分へ、そし
て再び円筒部分への移行により、円錐部分の下流で流れの分離が生じると共に、
局所的衝撃波が小さなマッハ数の段階で現れることにも注目する必要がある。こ
れは、空気力学的抵抗の増大につながる。さらに軸方向対称体の直径が増大する
ことと、空中部分の形状が支柱に対して最適でないことも、支柱のレンズ形空気
力学的輪郭の厚さ最大線の下流に位置するＰＳＴの軸方向対称体のテーパ状テー
ル部分の結合範囲において、望ましくない空気力学的妨害（流れの分離と早い段
階での衝撃波の発現）を引き起こす。これも、幾分かではあるがこの種のＰＳＴ
の空気力学的抵抗を増大させることになる。

【００１１】２．軸方向対称体の長さの増大。これは、全圧力と静圧と迎え角とを測定する
ため、３個のオリフィス群すべてが軸方向対称体に配置されているという事実に
よって生じる。この場合、静圧を測定するためのオリフィスは、静圧の測定が修
正を要せずに正確であるように、そして支柱からの過圧が実際上排除されるよう
に、支柱から十分に離間して配置しなければならない。これに伴い軸方向対称体
の長さが非常に増大する。周知のように、第一に、流れが減速する範囲に隣接す
る範囲では、飛行体に着氷が起こる（例えば、Bragg M.b.、Grigoreh G.M.、L
ee J.D。による「着氷条件における翼の空気力学」（J.Aircraft、２３巻、Ｎ１
、１９８６年）を参照）。ＰＳＴの軸方向対称体において、このような範囲はノ
ーズ範囲であり、さらに迎え角がゼロとは異なる場合、ＰＳＴの軸方向対称体の
風上部分における流れ拡散線付近の範囲である。結果的に、このような長形の軸
方向対称体内部には、全長にわたって、非常にかさばる筒状の電気ヒータを配置
せざるを得ない。これにより加熱に必要な電力が大幅に増大し、またＴＥＨが非
常にかさばって設計重量もさらに増大するのである。

【００１２】ＰＳＴの軸方向対称体に円錐部分が存在すると、静圧測定用オリフィスが配置
された前方に位置する円筒部分に過圧作用がさらに加わることにも注意すべきで
ある。その結果、静圧を修正なしで正確に測定するには、これを検出するオリフ
ィスをこの円錐部分から十分に離間させて配置する必要がある。これにより軸方
向対称体の長さをさらに増大する必要が生じ、設計重量に或る付加的な増大が生
じ、電気加熱式着氷防止システムへの電力を増大することが必要となる。

【００１３】３．前縁における着氷を防止し、それにより軸方向対称体における圧力測定に
この着氷が影響することを防止するために、ＰＳＴの支柱内に配置された電気ヒ
ータが、圧力測定用オリフィスを一切配置していない支柱を加熱していることか
ら、妥当な有効性で使用されていない。これは、重量と消費される電力に重大な
増大を引き起こす。

【００１４】本発明の目的は、上に挙げた欠点を排除することである。

【００１５】技術的な成果は、以下のとおりである。・ＰＳＴの支柱と軸方向対称体の空気力学的抵抗の減少。・加熱着氷防止システムに必要な電力の削減。・設計の単純化。・軸方向対称体の全体的寸法の縮小。・設計重量の低下。

【００１６】技術的成果は、全圧力と静圧と迎え角とを測定するための三つのオリフィス群
と、軸方向対称体と、これらの間に配置された空気通路と、着氷防止システムの
電気加熱要素とに固定するための支柱とを含むＰＳＴが、静圧測定用オリフィス
が支柱上流の板に配置されるように構成することにより達成される。

【００１７】効果を上げるため、迎え角を測定するためのオリフィスが支柱に配置される。
このオリフィスは、ノーズと厚さ最大位置との間の個所で、支柱に配置される。
したがってオリフィスは領域Ｘ＝０．．．Ｘ_c（Ｘ_cは厚さ最大位置）に配置され
る。Ｘ_cは以下の方程式により定められる。Ｃ（Ｘ_C）≧Ｃ（Ｘ≠Ｘ_C）Ｃ（Ｘ）は、輪郭ノーズから距離Ｘだけ離れた位置における輪郭厚さである。

【００１８】探針胴体の空気力学的抵抗をさらに大幅に減少させる目的で、軸方向対称体の
テール部分は、相対厚さが最大の範囲において支柱の空気力学的輪郭を終点とし
、この輪郭と平滑につながっている。

【００１９】ＦＶの一点において静圧を測定し、別の点において全圧力と迎え角を測定する
ことが、設計の観点からまたは空気力学的観点から見て好都合なことがある。こ
の場合、静圧測定用オリフィスを備えた板が、支柱を備える軸方向対称体と別に
構成された、本発明の胴体の探針を測定目的で使用することが可能である。

【００２０】ＦＶの超音速飛行方法に適用するために、非常に狭い範囲の迎え角が必要なら
ば、支柱の断面は尖ったノーズを備える空気力学的輪郭とすればよい。

【００２１】亜音速Ｍ数で使用されるＦＶに適用するためには、支柱の断面は丸いノーズを
備える亜音速空気力学的輪郭を持てばよい。

【００２２】迎え角測定範囲を広くするには、支柱の外面を円筒面の形状にすればよい。

【００２３】迎え角測定範囲をさらに拡大するには、支柱のノーズから厚さ最大部分まで支
柱上に迎え角測定用オリフィスを配置すればよい。

【００２４】着氷防止システムに必要な電力をさらに大幅に減少するためには、着氷防止シ
ステムの電気加熱要素を支柱の前縁に向かってオフセットすればよい。

【００２５】好適な実施例において、迎え角を測定するためのオリフィスは、支柱の基部に
対し軸方向対称体の上方において支柱に配置される。このような配置であると、
・迎え角の決定精度を高めること、・遷音速流れ状態の静圧測定精度を高めること、が可能となる。

【００２６】さらに前記配置では、局所的な迎え角の測定に対するスリップ角の影響を低下
させることができる。これは、ＦＶのずれにより与えられる軸方向対称体からの
渦流の伴流が迎え角測定用オリフィスに流入しないという事実により実現する。

【００２７】ＰＳＴの迎え角がゼロの場合と、亜音速または超音速の場合とには、軸方向対
称体の空気力学的抵抗が中間区分の面積に比例するので、ＰＳＴの空気力学的抵
抗が低下すると、先行技術のＰＳＴと同じ形状であると仮定して、先行技術のＰ
ＳＴと本発明のＰＳＴの軸方向対称体の直径の二乗の差に比例する。しかし本発
明のＰＳＴの軸方向対称体の形状は、先行技術のＰＳＴの場合と同じく追加の段
部（厚さの増加する円錐の段部）を持たないので、円錐段部の下流では流れが分
離せず、衝撃波も現れない。こうして空気力学的抵抗の低下はさらに大きくなる
。迎え角が大きいと、本発明のＰＳＴの軸方向対称体の長さは先行技術によるＰ
ＳＴの例より概ね短いという事実のため、抵抗の低下は非常に重大である。静圧
測定用オリフィスが位置する板を加熱する電力を供給する必要がないので、本発
明のＰＳＴの場合、着氷のための条件が欠けている、即ち流れの減速する範囲が
ないため、そして迎え角決定用オリフィスが位置する支柱を加熱するのに必要な
電力が、先行技術のＰＳＴの支柱を加熱するのに必要な電力に概ね比例するため
、本発明のＰＳＴを加熱するのに必要な電力の低下は、軸方向対称体の加熱のた
めの電力の低下によって決まる。この低下は、先行技術のＰＳＴと本発明のＰＳ
Ｔとの軸方向対称体の外面の面積の差に比例する（表面温度が同一と仮定して）
。先行技術のＰＳＴの軸方向対称体を加熱するのに必要な電力が、支柱が必要と
する電力と概ね等しいことから、概算によれば、本発明のＰＳＴの電気ヒータが
必要とする電力は、先行技術のＰＳＴと比較して約５０％低下させることができ
る。ＰＳＴの支柱の基部に対する過圧に対し修正なしで静圧を測定するべく板に
波形配置したオリフィスのゆらぎは、その後退のため、軸方向対称体に設けられ
た先行技術のＰＳＴの対応するオリフィスと比較してかなり減少するので、本発
明のＰＳＴの板と軸方向対称体の重量は、事前の設計研究から分かるように、先
行技術のＰＳＴの、軸方向対称体の外殻の重量と概ね等しい。その結果、軸方向
対称体のヒータの質量を低下させることにより、本発明のＰＳＴの設計重量の低
下が生じる。この重量低下は、ＰＳＴの重量の概ね１５−２０％である。

【００２８】軸方向対称体は、テール部分が最大厚さ範囲を終点とし、ここで支柱と平滑に
つながるように構成されているので、軸方向対称体と支柱との干渉が改善され、
ディフューザを追加しないためにＰＳＴの空気力学的抵抗がさらに大幅に低下す
る。設計、空気力学、その他の観点から、ＦＶ上の板を静圧の測定が実施される
胴体の或る場所に配置しかつＰＳＴの軸方向対称体を持つ支柱を別の場所に配置
しなければならない場合には、静圧測定用オリフィスを備える板は支柱を備える
軸方向対称体とは別に構成される。十分に狭い迎え角測定範囲が必要な時に超音
速ＦＶの抵抗をさらに低下させるため、支柱の断面を尖ったノーズを備える空気
力学的輪郭を持つ。抵抗をさらに低下させて迎え角測定範囲を広げるため、亜音
速マッハ数Ｍで使用されるＦＶにＰＳＴを適用する時には、支柱の断面積は丸い
ノーズを備える特殊な亜音速空気力学的輪郭を持つ。迎え角の測定範囲をさらに
広げるには、支柱の外面を円筒面の形状とすればよい。迎え角の測定範囲をなお
一層広げるには、迎え角測定用オリフィスを、支柱のノーズから厚さ最大部分ま
で支柱に配置する。電気加熱要素が支柱の前縁に向かってオフセットしているた
め、先行技術のＰＳＴと比較すると、無用な熱損失をさらにかなり低下させ、加
熱に必要な電力低下させることができる。

【００２９】遷音速的流速で静圧を測定する精度を向上させるには、支柱の空気力学的輪郭
を、静圧を検出するための少なくとも一つの追加オリフィスが配置された出口区
分を設ける。

【００３０】設計を単純化して空気力学的抵抗を減少するには、支柱は、ＦＶの実際的な機
体要素であってもよい。

【００３１】空気力学的輪郭で測定された圧力の大きさに対する迎え角の変化の影響は、円
錐に対する影響よりもかなり大きいという事実のため、本発明のＰＳＴに関する
角度の測定誤差は、オリフィスが近くに配置されている際には特に、先行技術の
ＰＳＴよりかなり低い。

【００３２】さらに、迎え角測定オリフィスを軸方向対称体から支柱に移すことにより、軸
方向対称体の設計がかなり単純化し、直径と空気力学的抵抗が低下する。

【００３３】支柱の空気力学的抵抗の低下は、適切な亜音速または超音速用の空気力学的輪
郭を適用することにより達成される。着氷防止システムの電気ヒータを、着氷を
最も起こし易い支柱輪郭のノーズに向かってオフセットすることにより、加熱に
必要な電力はかなり低下する。空気力学的輪郭の出口区分の範囲には圧力の遷音
速安定化現象が見られないので、出口区分に静圧を検出するためのオリフィスを
設け、遷音速的流速の場合、圧力測定の精度をかなり向上することができる。静
圧を検出するためのオリフィスを胴体表面の特殊な板に配置すると、ＰＳＴの設
計がかなり単純になると共に、軸方向対称体がかなり単純化し、板は軸方向対称
体ほど着氷を生じないので、着氷防止システムに必要な電力を低下できる。

【００３４】本発明を添付の図面を参照しながら実施例により説明する。

【００３５】図１から１０に示すＰＳＴは、軸方向対称体１から成り、そのノーズ部分には
全圧力を測定するためのオリフィス２が配置されている。着氷防止システムのＴ
ＥＨ３は、軸方向対称体１の中に配置されている。軸方向対称体１は、迎え角を
測定するためのオリフィス５、６が配置された支柱４に固定され、ＴＥＨ７は支
柱４内に配置されている。支柱４の断面の上面および下面にオリフィスを確保す
る目的で、幾つかのオリフィス５、６がそれぞれ配置されている。ＰＳＴは、フ
ランジ９に接続できる板８を備える、つまり同時に、支柱４と板とをＦＶの胴体
に固定するためのフランジ９でもある。静圧を測定するためのオリフィス１０が
板８に形成されている。オリフィス２、５、６、１０からの圧力は、空気通路１
１とノズル１２によりＰＳＴから導出されそしてＰＳＴの軸方向対称体１と支柱
４の加熱は、電気コネクタ１３を介して電気ヒータ３、７により実施される。

【００３６】図４、５、１４〜１９に見られるように、オリフィス５、６はノーズと、厚さ
が最大の位置Ｘ_cとの間において、支柱４に配置されている。

【００３７】ＰＳＴは次のように作動する。オリフィス２、５、６、１０により検出された
圧力は、ノズル１２を介して、圧力を電気信号に変換する変換器に伝達される。
これら電気信号は、校正関係から流れ（飛行）パラメータＰ_o、Ｐ_s、αを決定す
る情報処理装置に送られる。測定を著しく歪めたり、オリフィスの詰まりとＰＳ
Ｔの故障を招いたりする可能性のある着氷を防止するため、電気コネクタ１３を
介して、ＴＥＨ３、７には電気エネルギーが供給される。電気ＴＥＨ３、７は軸
方向対称体と支柱４と、さらに概して熱導電性の高い材料（例えばニッケル））
で製作された空気通路１１の外殻とを加熱する。ＴＥＨへの供給電力は、軸方向
対称体１と支柱４の表面およびオリフィス２、５、６における着氷を防止するよ
うに選択される。

【００３８】軸方向対称体１と支柱４との間の干渉を改善することによって空気力学的抵抗
をさらに低下させるため、図４〜７に示すように、軸方向対称体のテール部分は
、支柱の厚さ最大範囲を終点として、これと平滑につながっている。

【００３９】必要ならば、設計または空気力学的観点から、図８と９に示すように、静圧測
定用オリフィスを備えた板８を、軸方向対称体１および支柱４とは別に、本発明
のＰＳＴの胴体上に設けることができる。

【００４０】ＰＳＴの設計および空気力学的パラメータは、ＰＳＴの動作範囲とＦＶの測定
精度およびＦＶの流れ状態の必要条件から選択される。ＰＳＴの高さｈ（図１１
〜１３参照）は、全圧力を検出するオリフィスが境界層の範囲外に位置するよう
に選択される。板上の静圧測定用オリフィスの支柱に対する波形配置Ｉ_sは、支
柱４からの過圧が測定に影響を与えず、干渉（遷音速または超音速飛行方法での
衝撃波等）を生ずる可能性が無いように選択される。迎え角αを測定するための
オリフィス５、６の高さｈαもまた、干渉を無くすという観点から選択される。
ＰＳＴが超音速において非常に狭い迎え角で作動すると想定すると、輪郭はノー
ズが尖ったレンズ形または弓形となる。支柱４の断面として考えられるものを幾
つか、図１４〜１７に図示する。遷音速では、丸いノーズを備える輪郭を採用す
ることも可能である、その場合にはマッハ数Ｍ等、対応の動作状況に合わせて調
整される。輪郭と動作条件の特徴から見て、支柱の後退角χも前縁を持つように
選択される（図１１から１３参照）。

【００４１】例えば非常な低速での迎え角測定範囲を広げるため、支柱の断面輪郭は、特に
楕円形または円形断面を持つ。

【００４２】本線用の中型旅客機または輸送機への取付けに最適化された本発明のＰＳＴの
変形実施例を、図１〜３に示す。

【００４３】図２０〜２６に示すＰＳＴは、全圧力を判断するためのオリフィスがノーズ部
分に配置された軸方向対称体２９から成る。軸方向対称体２９の内部には、着氷
防止システムの筒状電気ヒータ（ＴＥＨ）３２が設けられている。軸方向対称体
２９は支柱３３に固定され、迎え角を測定するためのオリフィス３４、３５は、
支柱３３の基部に対して軸方向対称体２９より上方に配置され、支柱３３内には
ＴＥＨ３６が配置されている。幾つかのオリフィス３４、３５はそれぞれ、支柱
断面の上面および下面にオリフィスを確保するために配置されている。これらオ
リフィスは、ノーズと、厚さ最大位置との間に配置されている。ＰＳＴはフラン
ジ３７により胴体に固定できる。オリフィス３０、３４、３５からの圧力は、空
気通路３８とノズル３９の補助によりＰＳＴから導出され、ＰＳＴの軸方向対称
体と支柱の加熱は、電気コネクタ４０を介して電気ヒータ３２、３６の補助によ
り実施される。支柱３３の上流に配置された板のオリフィス４４で、静圧が決定
される。

【００４４】ピトー静圧管は次のように作動する。オリフィス３０、３４、３５、４４によ
り検出された圧力は、ノズル３９を介して、圧力を電気信号に変換する変換器に
伝達される。これら電気信号は校正関係から流れ（飛行）パラメータＰ_o、Ｐ_x、
αを測定する情報処理装置に送られる。測定を著しく歪めたりオリフィスの詰ま
りとＰＳＴの故障を招いたりする可能性のある着氷を防止するため、電気コネク
タ４０により、ＴＥＨ３２、３６に電気エネルギーが供給される。ＴＥＨ３２、
３６は、軸方向対称体２９と、支柱３３と、さらに熱伝導性の高い材料（例えば
ニッケル））で製作された空気通路３８の外殻とを加熱する。ＴＥＨと、供給さ
れる電気エネルギーは、軸方向対称体２９と支柱３３の表面およびオリフィス３
０、３４、３５、４４における着氷を防止するように選択される。

【００４５】軸方向対称体の設計を単純化すると共にＰＳＴのＴＥＨによる消費電力をさら
に削減するため、静圧を検出するためのオリフィス４４（図２０〜２６）が、Ｆ
Ｖの胴体に設けた板４５に配置される。

【００４６】着氷防止システムのＴＥＨに必要な電力を削減するため、着氷を最も受け易い
支柱のノーズ部分に向けて、ＴＥＨをオフセットすることができる。

【００４７】図２３は、静圧検出用の少なくとも一つのオリフィス４１が配置された出口区
分を備えたＰＳＴの別の実施例を示す。オリフィス４１は空気通路４２を介して
ノズルに接続され、マッハ数範囲での静圧測定精度を向上するのに役立つ。先行
技術によるＰＳＴは、圧力安定化を受ける軸方向対称体に配置された静圧用オリ
フィスを持つ。

【００４８】出口区分の圧力は安定化現象（図２８）を受けず、事前に実行される校正に基
づき、これに従って静圧が設定される。

【００４９】図２４〜２６は、本線の中型機または輸送機用に最適化された、本発明のＰＳ
Ｔの変形実施例を示す。

【００５０】図示のすべての実施例において、支柱の二つの表面に配置されたオリフィスに
より、一つまたは複数のオリフィスが塞がっても信頼性のある測定が可能である
。したがって、全圧力Ｐ_o、静圧Ｐ_s、迎え角αは、起こり得る誤作動に関係なく
決定できる。

【００５１】図２７は、本発明のＰＳＴと先行技術のＰＳＴについて迎え角を測定するため
の校正傾斜χα＝（Ｐ₆−Ｐ₇）／（Ｐ₂−Ｐ₃）の関数関係の例を示し、迎え角決
定用オリフィスは軸方向対称体の円錐部分に配置され、Ｐ_iは対応するオリフィ
スで測定された圧力である。数字２と３は、本発明のＰＳＴと先行技術のＰＳＴ
の両方において、軸方向対称体のノーズ部分と円筒面に対応して配置されたオリ
フィスを示す。６と７は、本発明のＰＳＴの支柱または先行技術ＰＳＴの軸方向
対称体の円錐部分に配置されたオリフィスを示す。

【００５２】図２８は、対応して測定された圧力の比Ｐ₄₄／Ｐ₃₀におけるマッハ数の変化を
示す。Ｐ₄₄は支柱上流の板、Ｐ₃₀は軸方向対称体のノーズ部分、圧力比Ｐ₄₁／Ｐ ₃₀ におけるマッハ数の変化であり、Ｐ₄₁は支柱の空気力学的輪郭の出口範囲にお
ける圧力である。

【００５３】本発明を用いると以下が達成できる。・設計の単純化・軸方向対称体の全体的寸法の縮小・空気力学的抵抗の低下・ＰＳＴの着氷防止システムに必要な電力の削減・重量の低下・迎え角測定精度の向上

【００５４】設計に関する研究から可能であることが分かっているので、支柱の基本的設計
、幾何学的および空気力学的パラメータ（高さ、後退角、輪郭、相対的厚さ）に
ついて、本発明のＰＳＴを先行技術の例と同じにしたままにすると仮定して、こ
れを証明する。

【００５５】１．設計の単純化は、迎え角と静圧を判断するための圧力検出用オリフィス群
がＰＳＴの軸方向対称体でなく、ＰＳＴの支柱と板にそれぞれ位置していること
により達成される。上記オリフィス群の各々から空気通路が出ており、着氷防止
システムの電気加熱要素はやはり軸方向対称体と支柱の内部に配置されているの
で、ＰＳＴの設計限界は非常に高い。迎え角と静圧を測定するためのオリフィス
を、軸方向対称体から支柱と板とに移した結果、設計限界が低くなり、軸方向対
称体と、支柱を備える本発明のＰＳＴ全体の構造が実質的に単純化される。

【００５６】２．迎え角と静圧を判断するために用いる圧力検出用オリフィスを、軸方向対
称体から支柱および板に移した結果、軸方向対称体の直径ｄがかなり小さくなる
（図１）。実施した設計に関する研究から、本発明のＰＳＴの軸方向対称体の直
径ｄは、先行技術ＰＳＴと比較して（内部通路と電気加熱要素の直径は同じと仮
定）、約１．５〜２分の１、対称体の長さｌは８〜１０分の１になることが分か
る。

【００５７】軸方向対称体の空気力学的抵抗は、Ｄ＝Ｃ_xｑＳの式で表される（Ｃ_xは抵抗係
数、ｑは動的圧力、Ｓは固有面積）。固有寸法を越えるＰＳＴの軸方向対称体の
場合、Ｓ＝πｄ²／４により与えられる中間区分の面積を採用できる（ｄは中間
区分の直径）。ゆえに、本発明のＰＳＴの軸方向対称体が先行技術ＰＳＴの軸方
向対称体と幾何学的に類似している、つまり同じ大きさＣ_sを維持する場合、本
発明のＰＳＴの軸方向対称体の抵抗は、同じ動的圧力であると仮定して、即ち速
度Ｖとマッハ数Ｍの大きさが同じである仮定して、直径ｄが１．５〜２分の１に
なる結果（上の項目２参照）、約２〜２．４分の１に減少する。しかし本発明の
ＰＳＴの軸方向対称体の形状は、先行技術ＰＳＴの場合のように直径が順次増加
する円錐部分の追加段部がないので、流れの分離が生じず、円錐部分の下流で衝
撃波が発生しない。故に概算が示すように、本発明のＰＳＴの軸方向対称体の抵
抗係数Ｃ_xの大きさは、約７〜１０％低下する。その結果、本発明のＰＳＴの軸
方向対称体Ｘの抵抗は、α＝０の場合、約２．５〜４．５分の１に低下する。迎
え角がゼロに等しくない場合、長さが８〜１０分の１に減少するため、軸方向対
称体の空気力学的抵抗も、実質的に低下する。概算が示すように、この場合、軸
方向対称対の抵抗が５〜７分の１に低下すると予測される。

【００５８】軸方向対称体のテール部分が支柱の厚さ最大範囲を終点とし、ここに平滑につ
ながるという事実のため、本発明のＰＳＴにおける空気力学的抵抗をさらに低下
できることが確実である。干渉を受けるＰＳＴの軸方向対称体のテール部分と支
柱の構成により、肯定的な影響が得られる。この場合、軸方向対称体のテーパ状
テール部分の結合範囲と、結合輪郭のテール部分に追加のディフューザを設けな
いので、流れの分離と局所的衝撃波の発生とを回避できる。概算によれば、ＰＳ
Ｔ全体の抵抗はさらに１０〜１５％低下する。

【００５９】ＦＶの対応する基本的飛行方法（支柱の空気力学的輪郭に鋭い前縁を備える超
音波方法または丸い前縁を備える亜音波方法）に合わせて調整されたＰＳＴの支
柱用の特殊空気力学的輪郭を選択すれば、空気力学的抵抗はさらに低下する。

【００６０】４．本発明のＰＳＴの軸方向対称体への着氷防止加熱システムが必要とする電
力を、先行技術ＰＳＴの軸方向対称体と比較して、非常に大幅に低下させること
ができる。軸方向対称体の発熱と表面温度を同じにするのに必要な電力は、側面
の面積に比例する、つまりＰＳＴの直径ｄと長さｌに直線的に依存する。項目２
にしたがって、先行技術のＰＳＴの軸方向対称体と比較して、本発明のＰＳＴの
軸方向対称体の直径ｄは１．５〜２分の１に縮小し、長さは８〜１０分の１に短
くし、さらに軸方向対称体の着氷防止システムに必要な電力は１２〜２０分の１
に削減することが可能である。

【００６１】本発明のＰＳＴでは、静圧測定用オリフィスが位置する板には着氷条件が存在
しない（流れが低下する範囲が見られない）ので、この板を加熱するための電力
を供給する必要がなく、他方支柱を加熱するのに必要な電力は、先行技術ＰＳＴ
の支柱を加熱するのに必要な電力と概ね等しいので、加熱に必要な電力の低下は
、軸方向対称体を加熱するのに必要な電力の低下により決定される。しかし、先
行技術のＰＳＴの軸方向対称体を加熱するのに必要な電力は、支柱に必要な電力
と概ね等しいので、概算では、提示ＰＳＴの電気ヒータの必要電力は、先行技術
ＰＳＴと比較して約５０％低下させることが可能であるという結果となる。

【００６２】さらに、着氷を最も受け易いのは前縁に隣接する範囲なので、ＴＥＨを支柱の
前縁に向けてオフセットすることにより、ＰＳＴの加熱に必要な電力の低減が実
現できる。

【００６３】５．過圧に対する修正を導入せずに、静圧を測定するための板上のオリフィス
がＰＳＴの支柱基部に対して波形配置されているが、これは、先行技術のＰＳＴ
の対応するオリフィスと比較して軸方向対称体上で後退しているため、かなり減
少させることができるので、本発明のＰＳＴの板と軸方向対称体の重量は、事前
の設計に関する研究で分かるように、先行技術ＰＳＴの軸方向対称体の外殻の重
量と概ね等しくできる。その結果、軸方向対称体におけるヒータ質量の低下のみ
で、提示ＰＳＴの設計重量が低下することとなる。この重量低下は、ＰＳＴの重
量の概ね１５〜２０％に達する。

【００６４】６．迎え角を測定するための圧力検出用オリフィスが、軸方向対称体の円錐部
分でなく空気力学的輪郭の形の断面を持つ支柱に配置されている結果、提示ＰＳ
Ｔの迎え角測定精度は先行技術のＰＳＴと比較して上昇する。図２７に示す、実
験データに基づいて得られる傾斜（α）の関数関係から、α＝０〜２０°の範囲
の迎え角の空気力学的輪郭のオリフィス用の導関数は、先行技術のＰＳＴの軸方
向対称体の円錐面に配置されたオリフィスより実質的に（約５倍）大きいことが
分かる。迎え角の決定に見られる誤差は、δα＝ｄα／ｄχα*δｐ／ｑの式で
表される（ｑは動的圧力、δｐは圧力差Ｐ₃₅−Ｐ₃₄の測定における誤差）。ゆえ
に、Ｍ＝０．２の場合のＰ＝０．１５■の水銀柱の実際の圧力変換における誤差
については、記載された迎え角範囲での迎え角の測定誤差は、本発明のＰＳＴで
は０．０８°の大きさであるが、先行技術のＰＳＴでは０．４°である。ゆえに
迎え角決定精度は、本発明のＰＳＴの場合５倍上昇する。

【００６５】７．本発明のＰＳＴでは、支柱の空気力学的輪郭の出口区分側面から底面圧を
選択することが可能であり、底面圧はマッハ数の単調関数であって、遷音波安定
化現象を受けない（図２８においてＰ₄₁／Ｐ₃₀とＰ₄₄／Ｐ₃₀の大きさの変化に見
られる特徴を比較）ので、実験から分かるように、提示ＰＳＴの所定変数におい
てＭが約１．０の場合、静圧の測定精度を向上させることができる。

【００６６】このように、所与の概算結果および設計・計画に関する研究結果から、先行技
術のＰＳＴと比較した場合に見られる、本発明のＰＳＴのあらゆる記載パラメー
タと性質の優位性は明らかとなる。

【００６７】概して、航空機にはこのようなＰＳＴが幾つか設けられるので、重量と空気力
学的抵抗の大幅な低下と、必要な電気エネルギーの節約につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＰＳＴの第１実施例の側面図である。

【図２】図１によるＰＳＴの上面図である。

【図３】図１のＡ−Ａにおける断面図である。

【図４】本発明のＰＳＴの一変形を示す図である。

【図５】図４のＡ−Ａにおける断面図である。

【図６】図４のＢ−Ｂにおける断面図である。

【図７】図４のＣ−Ｃにおける断面図である。

【図８】本発明のＰＳＴの変形例を示す図である。

【図９】図８によるＰＳＴの上面図である。

【図１０】図８のＡ−Ａにおける断面図である。

【図１１】本発明のＰＳＴの第１変形例を示す図である。

【図１２】本発明のＰＳＴの第２変形例を示す図である。

【図１３】本発明のＰＳＴの第３変形例を示す図である。

【図１４】支柱の輪郭の変形例を示す図である。

【図１５】支柱の輪郭の別の変形例を示す図である。

【図１６】支柱の輪郭の別の変形例を示す図である。

【図１７】支柱の輪郭の別の変形例を示す図である。

【図１８】支柱の輪郭の別の変形例を示す図である。

【図１９】支柱の輪郭の別の変形例を示す図である。

【図２０】本発明のさらなる実施例の側面図である。

【図２１】図２０のＡ−Ａにおける断面図である。

【図２２】図２０によるＰＳＴの上面図である。

【図２３】本発明の別の実施例の側面図である。

【図２４】本発明によるピトー静圧管の他の実施例を示す図２０のＡ−Ａ断面図である。

【図２５】図２４のＡ−Ａにおける断面図である。

【図２６】図２５によるＰＳＴの上面図である。

【図２７】校正傾斜の関数関係の一例を示す。

【図２８】Ｐ₄₄／Ｐ₃₀の比に見られるマッハ数の変化を示す。

【符号の説明】

１、２９軸方向対称体２、５、６、１０、３０、３４、３５、４１、４４オリフィス３、７、３２、３６電気ヒータ４、３３支柱８、４５板９、３７フランジ１１、３８、４２空気通路１２、３９ノズル１３、４０電気コネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） (71)出願人ノルト‐ミクロエレクトロニークファインメヒァニークアクチエンゲゼルシャフトドイツ連邦共和国デー‐60388 フランクフルトアムマインヴィクトール- スロトーシュ‐シュトラーセ 20 (72)発明者ヴォズダエフ、エフゲニーセメノヴィッチロシア国アールユー‐121165 モスコウピーアール 30／32 クツゾフスキアパートメント 221 (72)発明者ケーラー、ハインツ‐ゲルハルトドイツ連邦共和国デー‐61137 シェーネックプファルガッセ 11 (72)発明者ゴロフキン、ミカイルアレクセーヴィッチロシア国アールユー‐140160 エムデーズコフスキユーエルバゼノヴァ５アパートメント 36 ビルディング１ (72)発明者ゴロフキン、ウラディミールアレクセーヴィッチロシア国アールユー‐140160 エムデーズコフスキユーエルドゥギーナ 17 アパートメント 50 (72)発明者パンクラトフ、アナトリクズミッチロシア国アールユー‐121352 モスコウスラヴィアンスキブルバードアパートメント 140 ハウス 13 (72)発明者エフレモフ、アンドレイアレクサンドロヴィッチロシア国アールユー‐140160 エムデーズコフスキユーエルフェドトヴァ７アパートメント 32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】全圧力と静圧と迎え角とを測定するための三つのオリフィス
群と、軸方向対称体と、これらの間に配置された空気通路と電気加熱要素に固定
するための支柱とを含み、該静圧測定用オリフィスが該支柱上流の板に配置され
たことを特徴とするピトー静圧管。
【請求項２】迎え角を測定するための前記オリフィスが、支柱に配置され
たことを特徴とする請求項１記載のピトー静圧管。
【請求項３】軸方向対称体が、支柱の厚さ最大範囲を終点とすると共に、
支柱と平滑につながることを特徴とする請求項１または２記載のピトー静圧管。
【請求項４】静圧測定用オリフィスを備える板が、支柱を備える軸方向対
称体とは別に構成されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載のピトー
静圧管。
【請求項５】支柱の断面が尖った前縁を備える超音波空気力学的輪郭を持
つことを特徴とする請求項１から４の１つに記載のピトー静圧管。
【請求項６】支柱の断面が丸いノーズを備える亜音速空気力学的輪郭を持
つことを特徴とする請求項１から５の１つに記載のピトー静圧管。
【請求項７】支柱の外面が円筒面であることを特徴とする、請求項１から
４の１つに記載のピトー静圧管。
【請求項８】支柱上の迎え角測定用オリフィスが、支柱のノーズから空気
力学的輪郭の厚さ最大範囲まで配置されたことを特徴とする請求項１から７の１
つに記載のピトー静圧管。
【請求項９】支柱内の電気加熱要素が該支柱のノーズに向かってオフセッ
トしていることを特徴とする請求項１から８の１つに記載のピトー静圧管。
【請求項１０】迎え角を測定するための入口オリフィスが、支柱の基部に
ついて軸方向対称体より上方において支柱に配置されたことを特徴とする請求項
１から９の１つに記載のピトー静圧管。
【請求項１１】支柱が、静圧を検出するための少なくとも一つの追加オリ
フィスが配置された出口区分を備えることを特徴とする請求項１から１０の１つ
に記載のピトー静圧管。