JP3404019B2

JP3404019B2 - ピトー静圧管

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Publication number: JP3404019B2
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: 2003-05-06
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: CZ20004361A3; DE69912772D1; EP1082616A1; US6813942B1; IL139860A0; CA2325023C; WO1999061923A1; IL139860A; BR9910728A; JP2002516998A; RU2152042C1; CA2325023A1; CZ290912B6; CN1122848C; ID26301A; UA42122C2; KR20010071156A; PL346367A1; GEP20032935B; CN1303479A

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９４／０２８５
８号明細書から周知である。このＰＳＴ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９４／０２８５
８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Ｐ₀、静圧Ｐ_s、マッハ数と共に迎え
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Ｐ
ＳＴ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
₀、静圧Ｐ_sひいてはマッハ数Ｍを測定するための胴体Ｐ
ＳＴ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。ＦＶ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Ｔ
ＥＨ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.、G
rigoreh G.M.、Lee 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Ｐ
ＳＴ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箇所で、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ＰＳＴ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ＰＳＴ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ＰＳＴ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Ｐ
ＳＴ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
に、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再大部分ま
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】遷音速的流束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ＴＥＨ３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１１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Ｐ₀、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Ｐ₀、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、３
６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３０、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Ｐ
ＳＴ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、ＦＶ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ＰＳＴ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Ｐ₀、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Ｐ
ＳＴ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Ｐ
₄₄／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
／Ｐ₃₀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は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１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、ＰＳＴ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ＰＳ
Ｔ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１
２〜２０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Ｐ
ＳＴ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
ＰＳＴ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■の水銀注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Ｐ
₄₄／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 (73)特許権者 500539192 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 (56)参考文献特表平４−504079（ＪＰ，Ａ) 米国特許3329016（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 5/165 G01P 5/16

Claims

(57)【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。