JPH03500088A - 小型空気データ・センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 小型空気データ・センサー 発明の背景 １、発明の分野 本発明は、軸方向に短かい小型プローブでありながら、高性能航空機にとって必 要な圧力情報を提供する空気データ検出プローブに関するものである。

２、従来技術 一般的に言えば、空気データ・センサーは、ピトー圧、静圧、迎え角、および横 すべり角出力を確実な方法で得るため、かなりの軸方向長さにわたって配置され た圧力測定用ポートを有する。例えば、米国特許第４，３７８．６９６号および 第４．０９６，７７４号は、先端のテーパ状端部がら後方に隔離配置されたバレ ルまたは管状部分上のポートを備えた代表的な従来技術のセンサーを示しており 、これらのプローブはまた、補償のため、制御された圧力擾乱をもたらす表面の 凹凸または不整形状を有している。

上記特許第４．３７８．６９６号は特に、現在の航空機において非常に重要であ る大きな迎え角での動作に適している。

半球状端部における５つの検出ポートを使用する空気データ検出プローブが、米 国特許Ｗ、３．３１８，１４６号に示されている。このプローブは、適度に大き な迎え角では、航空機に対して良好に働く。

半球状端部の中央におけるピトー圧検出ポートは、大きな迎え角において、真の ピトー圧または衝撃圧よりも実質的に小さい圧力を検出する。大きな迎え角で確 実に機能し続ける、ピトー圧または衝撃圧を正確に検出するための鋭い縁部の発 明の要約 本発明は空気データ・センサーに関し、この空気データ・センサーは、航空機前 方のブーム上に取り付けることもでき、　゛または航空機の側部に沿った支柱に 取り付けられたＬ字形プローブから構成することもできる。センサーは、センサ ーのテーパ状先頭部分の先端に形成された、通常の円形ピトー・ポートまたはオ リフィスを備える。先頭部分は、バレルの主部から円形ピトー開口に向かって、 前方にテーパが付けられている。

センサーのテーパ付き先端部分は、ピトー・ポートがら下流に接近して隔離配置 された４つの圧力検出ポートを有することが好ましい。これらのポートは、同軸 であり、かつプローブのテーパ付き先頭部分の両側にある、対向する２対のポー トとして配列される。これらの４つのポートがらの圧力は、静圧、迎え角、横す べり角を決定するため、さらには、衝撃圧をもたらすために共用することができ る。

衝撃圧はピトー圧と静圧の差であり、較正された空気速度を決定するために使用 される。衝撃圧対静圧の比はマツへ数を決定するため使用される。プローブの先 端の両側におけるポート対間の差圧は、迎え角および横すべり角を決定するため に使用される。

プローブおよびセンサーが航空機の側部に隣接して取りつけられた場合は、横す べり角は測定されないので、ポートの一方の対は、角度測定のためには積極的に 使用されはしないが、それらのポート対で検出された圧力は、静圧を決定するた めに使用される。

本発明の空気データ・センサーは広範な流れ角にわたって動作し、センサーの縦 軸を航空機の主流れ角方向またはゼロ流れ角方向に整列させる必要がない。セン サーは、全天候動作のための通常の方法により、電気的に除氷または防水するこ とができる。

センサー内の内部マニホールドは、個々の圧力をプローブのベース装着板に伝達 することを可能にし、そこで、個々の圧力信号は圧力センサーに結合され、所望 の圧力の表示として直接使用可能な所望の電気的出力を提供するが、もっと一般 的には、迎え角または横すべり角のそれぞれ異なる角度における出力の補償のた めの、較正により得られる補償情報を有するディジタル空気データ拳コンビ二一 夕に圧力センサー出力信号を提供する。

本発明のセンサーが、航空機の胴体の側部に装着される支柱型であるときは、セ ンサーは胴体表面に平行な平面における局部的迎え角を測定し、横すべり角の測 定は一般には行なわれないであろう。

所望ならば、独立した静圧検出ポートおよび迎え角検出ポートを形成するため、 プローブの同じ断面または近傍の断面に余分のポートを追加することができる。

空気データ検出プローブのテーパ付き先端部分は非円形、円形または直線で囲ま れた断面形状にすることができる。非対称圧力分布が有用な場合、例えば、横す べり角範囲よりも大きな、使用可能な迎え角範囲をセンサーが必要とする場合は 、幾つかの非対称断面をより効果的に使用することができる。

例えば、センサーの中心軸から１０＠ないし３０＠の間で傾斜した平坦な側部を 有する角錐（ピラミッド）状の先端部分を備えた正方形の管プローブを使用する ことができる。プローブ・バレルを形成する主体の正方形管は鋭い角部または丸 められた角部を有することができる。もちろん、センサーの先端部分に対して異 なる角錐角をもたせることにより、またピトー・ポートからの圧力横比ポートを 異なる位置に配することにより、圧力較正特性を変えることができる。

所望ならば、圧力検出ポートから後方または下流のセンサー管形状は、上述の従 ゛来特許に示されるような特定装着位置での補償のために、空気力学的擾乱（ａ ｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）をもたらすような輪郭にするこ とができる。管またはプローブの大きさは、その標準的な大きさおよび特定の位 置から増加させて正の圧力補償を付与するか、または減少させて負の圧力補償を 付与するかすることができる。管口体の正確な形状は、航空機上の特定の装着位 置に合わせて特別設計することができる。

本明細書に示す小型センサーは、Ｌ字形支柱に取りつけられて、胴体表面に接近 配置されているときは、局部的流れ角を測定するために使用することができる。

センサーは広範す流れ角に対して動作し、例えば、迎え角および横すべり角の場 合、プローブは＋５０″または一５０″でも良好に動作し、＋９０’または一９ ０″まで、またはそれ以上の最大角度範囲で有用である。

本発明の特徴の１つは、センサーがセンサー軸に対する広範な流れ角に対して動 作可能であるので、センサー軸を航空機の好ましい流れ角方向に精密に整列させ るｙ要がないことである。

本発明に従って作られたセンサーは、静圧、衝撃圧、迎え角および横すべり角を 含む多くの空気データ・パラメータを、それから得ることのできる圧力を提供す る。本発明のセンサーは、非常に小型のプローブに設けられた最小数の検出ポー トを用いて、また以前は信頼できないものと考えられていたプローブの一部分を 使って、必要とされる空気データ・パラメータの全ての決定を可能にする。

異なる機能または関数を得るため、所望に応じて複数の用法で個々のポートから の圧力を使用する。それぞれのポートにおける圧力は相互依存的であり、プロー ブおよび航空機の構成がそれを必要とする場合は、反復的手順を使って、最終的 な補正空気データ・パラメータを得ることができる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って作成された通常の支柱取付は型プローブの平面図であ る。

第２図は、第１図の線２−２に沿つた断面図である。

第３図は、プローブの先端部分を異なる断面形状にした場合の、第２図と同じ線 に沿った断面図である。

第４図は、正方形のプローブ・バレルを使った本発明の変形例の先端部、および 部分的に断面で示した角錐（ピラミッド）状前部の部分側面図である。

第５図は、第４図の線５−５に沿った断面図である。

第６図は、電気ヒータを内部に備えた外部シェルを示す、第１図のプローブの先 端部分の部分断面図である。

第７図は、プローブの内部構造のもう１つの変形例を示すための、第６図の線７ −７に沿った断面図である。

第８図は、本発明に従って作成された代表的なプローブに関する速度ベクトルを 示すグラフ図である。

第９図は、第８図に示す三角関係を用いた、センサー・プローブの合成流れ角お よび回転角に対する迎え角および横すべり角の関係を示すグラフ図である。

第１０図は、第１図に示すように作られたセンサーによる、マツハ０．３におけ る風洞データを用いた代表的なプローブに対する組み合わされた迎え角および横 すべり角較正のグラフ図である。

第１１図は、５０″の合成流れ角までの、第１０図と同様な組み合わされた迎え 角および横すべり角の１つの象限でのグラフ図である。

第１２図は、マツハ０．３における風洞データ、および第１図に示すように作ら れたセンサーを用いた、種々の組み合わされた迎え角および横すべり角における 静圧較正のグラフ図である。

第１３図は、マツハ０．３における風洞データ、および第１図に従って作られた センサーを用いた、組み合わされた迎え角および横すべり角における衝撃圧較正 のグラフ図である。

第１４図は、マツハ０．３における風洞データを用いた、第１図に示すように作 られた胴体（航空機の）取付け、支柱支持空気データ・センサーに対する較正の グラフ図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図には、本発明に従って構成された小型プローブ組立体１５を概略的に示す 。このプローブ組立体はブーム（ｂｏｏｍ）に取り付けるようになっており、通 常の方法で航空機の機首に装着される取付はベース１６を含む。ベースの断面は 円形でよい。プローブ組立体１５はプローブ管またはバレル２０を備え、バレル ２０は、第１図に示す実施形態では、断面が円形である。プローブ組立体１５は 、プローブ番バレルに合体し、かつなるべくはプローブ・バレルと一体化するこ とが好ましいテーバ状先端部分２１を含む。

先端部分２１は、第１図に示すように、その直径に関し、バレル２０の中心縦軸 線２２に沿って細長くなっている。

言い換えると、先端部分２′１は、先端の円くて、鋭い縁のピトー・ポート２４ から、先端部分２１が主バレル部分２０と合体する接合線２５に向って、テーバ 状に太くなっている。

先端部分２１０軸２２に沿った軸長はバレル２０の半径よりも大きい。先端部分 の外部表面はゆるやかにテーバがつけられている。外部表面は、中心軸を通る全 ての断面が、先端部分の外面または輪郭を画定するゆるい曲線またはほぼ直線を 有するように、中心軸の回りに形成される。

ピトー・ポート２４は、前述のように、鋭い縁部を有し、縁部と合体し、バレル ２０を貫いて延在する中央通路２６を有する。第２図および第１図にも示すよう に、複数の圧力検出ポート手段がテーバ付き先端部分２１の表面を貫通して開口 している。これらは圧力検出ポート３１と、ポート３１と正反対位置にあって、 ポート３１と同じ中心軸３１Ａ−３２Ａを中心に有する圧力検８ポート３２を含 む。先端部分２１はまた圧力検出ポート３３を有し、この圧力検出ポート３３は ポート３１および３２の軸に対して９０”をなす中心軸３３Ａを有する。圧力検 出ポート３４は、圧力検出ポート３３と同じ軸上に軸３４Ａを有し、圧力検出ポ ート３３に対向している。

したがって、プローブの軸線２２と圧力検出ポート軸３１Ａおよび３２Ａとによ って画定される平面と、縦軸２２と圧力検出ボート軸３３Ａ−３４Ａとによって 画定される平面とは、互いに直角をなしている。これらの平面は測定用のＹおよ びＺ平面を形成する。ｆ［１１３１Ａ−３２ＡはＺｆｄｌであり、軸３３Ａ−３ ４Ａ１．ｔＹ軸である。縦軸２２はＸ軸である。

単一の独立ポート３１〜３４を示したが、これらのポートは、それぞれの軸を中 心として配置され、図示のそれぞれのポート軸に沿い、かつそれを中心として４ つの個々の圧力を供給するための対称検出のため配置された複数の小さなポート または開口を有することができるポート手段から成る。

これらのポート３１〜３４の各々は、３５で総括的に示すマニホールド組立体に 通じており、マニホールド組立体はピトー圧用の中央通路２６を有すると共に、 対応部分に通じている個々の通路３１Ｂ〜３４Ｂを備えている。これらの通路は 、第１図に２６Ｃおよび３１Ｃ〜３４Ｃで示す圧力信号出力搬送管に終っている 。

ピトー圧を表わすＰ　ならびに、ポート３１．　３２．　３３および３４でそれ ぞれ検出される個々の圧力を表わすＰｌ。

Ｐ　Ｐ　およびＰ４などの、それぞれの圧力信号は次に、２’　３ それぞれの差圧センサ３６．３７．３８および３９にそれぞ力を供給し、差圧セ ンサー３７は出力Ｐ１−Ｐ２を供給し、差圧センサー３８は出力Ｐ１−Ｐ３を供 給し、また差圧センサー３９は出力Ｐ　−Ｐ　を供給する。Ｐｌの値に比例する 出力を供給するため、絶対圧センサー３１Ｆが設けられている。

これらの出力は線３６Ａ〜３９Ａおよび３１Ｇに沿って、４０で総括的に示す内 蔵された空気データ・コンピュータに、電気信号として伝えられる。コンピュー タ４０は、後でさらに詳しく説明するように、供給される種々の信号用の図示の 出力線に沿って、出力を種々の制御機能およびインジケータ類に供給する。

コンピュータ４０は、第９図乃至第１４図に示す曲線から種々の補償テーブルを 得るようにプログラムされた通常のコンピュータである。これらの曲線は、特定 のセンサーおよび関連のセンサー位置に対する較正曲線であり、コンピュータは 、通常の方法で適当な補正係数を圧力出力に供給するようにプログラムされる。

第３図は、変形されたセンサー先端部分の断面図２１Ａを示す。主バレル部分は 同じ断面を有することになる。先端部分２１Ａは圧力ポート４１，４２．４３お よび４４をその中に有し、前述のように、これらは対向する対をなし、かつそれ ぞれ軸４１Ａ〜４４Ａ上に中心をもつように配置されている。４５で概略的に示 す本発明のこの形態のマニホールドは、第１図に示すのと同様に、プローブの先 端にあるピトー・ポート２４に通じるピトー圧通路２６に加えて、それぞれの圧 力を伝達するための通路４１Ｂ〜４４Ｂを有する。

この特定断面のプローブからの圧力ｊｐ、−ｐ４と表示され、番号４１−４４と に対応している。非円形断面は、プローブの先端部分２１が、１つの平面内で圧 力の異なる増大を有するように所望される場合に、有用である。ピトー圧ポート は円形のままである。

第４図は、正方形断面のバレル４７および角錐（ピラミッド）形光端部分４８を 有するプローブ組立体４６を示す。

すなわち、先端部分は、前方のポート４９に向かって互いにテーパが付けられて いる４つの側面を有する。先端は、その先端部でピトー圧を検出するため、円形 の圧力ポート４９を形成するように変形される。ピトー・ポート４９は中央通路 ５０に通じている。

第５図に示すように、角錐形断面の先端部分４８は、互いに正反対に位置し、か つ位置的にポート３１および３２に対応する圧力検出ポート５１および５２を有 する。すなわち、それらのポート５１および５２は圧力Ｐ　およびＰ２を供給す る。先端部分４８はさらに、反対方向に向き合うポート５３および５４を有する 。これらのポート５３および５４は、圧力検出ポート５１および５２の軸に直角 な共通軸に心合せされている。ポート軸は５１Ａ〜５４Ａで示される。

５１〜５４で示すポート（ポート手段）はマニホールド組立体５５に開口してお り、マニホールド組立体５５は中央通路５０、およびポート５１〜５４からの、 それぞれの圧力信号を伝えるための、５１Ｃ〜５４Ｃで示す個々の外部通路を有 する。

第５図に示す前方テーバ付き部分およびバレルは鋭い角部を有するが、所望なら ば、異なる流れ特性を得るために、これらの角部を丸くすることができる。同様 に、プローブの縦軸５６に対する、先端部分４８によって形成される角錐面の角 度は約１０〜３０°の間で変えることができる。先端部分４８は、ピトー・ポー トから主バレル部分４６との接合部に至る断面においては、直線状のテーパを有 する。

第４図の構成における個々のポートは、ピトー圧のためのポートＰ　と共に、第 １図に示すポートＰ１〜Ｐ４に対応する。円形ポート４９は同様に、鋭い縁部の 、通常の円形ピトー圧検出ポートであり、大きな迎え角において信頼性のある圧 力信号を供給する。

第６図には、ヒータおよび異なるマニホールド組立体の設置を示す代表的なプロ ーブ組立体から形成された端部の断面を示す。この形態では、プローブ６０は断 面が円形の外部管状シェル６１を有し、さらに、ピトー圧ポート６３に至るテー パ付き先端部分６２を有する。プローブは主バレル６４を有する。

テーパ付き先端部分６２は、前述のように先端部分の回りに配置された複数の圧 力検出ポート７１〜７４を有する。この例では、マニホールド組立体は、外部管 ６１の内部に挿入された管状部分７５から成る。ポート７１〜７４はそれぞれの マニホールド室に通じている。

マニホールド組立体７５の外表面と外側シェル６４の内表面との間には、７７で 示すヒータ・ワイヤが巻かれている。

ヒータは、ヒータ・ワイヤ・コイル間の充填材７６で適当な位置に保持される。

先端部分６２にあるヒータ部分？？Ａは比較的密に巻かれている。

中央管８０を備える。中央管８０は、適当な方法で管８０内に移行する小寸法の 管部分８１で、ピトー・ポート６３と結合されている。さらに、管８０は、これ と同心の外側マニホールド管８３の内側におけるコアとして使用される。圧力信 号を、それぞれの圧力検出ポートから搬送する個々の区画、または通路７１Ｃ〜 ７４Ｃを形成するため、小さな放射状壁８５が設けられている。

第６図および第７図に示す構成は、ヒータ、および検出された圧力を搬送するた めの中央マニホールド組立体を設けるために好適な配置例を示す。先端部分は事 実上細長く、外表面は、ピトー・ポートから、先端部分が主プローブ・バレルと 合体する場所に至るまで、ゆるい曲線状（凸状）をなしている。先端部分の長さ は、ゆるやかに凸状に曲がった外表面と鋭い縁部を有するピトー・ポートに対し て十分なテーパを有するように、ポート位置におけるプローブの半径（プローブ の断面が直線で囲まれた形状である場合は、最小の半径寸法）の少なくとも１． ５倍に等しい。

動作時には、航空機はある方位で移動することができるので、代表的なプローブ の縦軸２２または５６は、迎え角および横すべり角の組み合わされた角度で動作 すると共に、通常のＺ平面と考えられるものから回転されたベクトル位置にある 。

第８図は、軸２２、軸５６または軸８１を表わすＸ軸、および軸３３Ａ−３４Ａ 、４３Ａ−４４Ａおよび５３Ａ−５４Ａによって表わされるＹ軸を含む３本の軸 座標を示す速度ベクトル図を示す。後者の各軸はプローブの縦軸に直角なボート 軸である。Ｚ軸は軸３１Ａ−３２Ａ、４１Ａ−４２Ａおよび５１Ａ−５２Ａによ って表わされる。速度ベクトルＶは合成速度流れベクトルである。表示Ｖ　はＺ 軸に沿った速度であり、表示Ｖ　はＹ軸に沿った速度ベクトルである。

また速度Ｖ　は、Ｘ軸に沿った速度である。

速度ベクトル図を形成する際に、プローブ軸Ｏに関してｎｊ定された合成流れ角 があり、さらに、ベクトル回転角θもあることを理解することができる。この角 度θは、Ｘ軸およびＺ軸によって画定される平面に対する回転成分である。

本明細書で説明するセンサーは、圧力信号を発生し、これに基づいて、静圧、衝 撃圧力、′迎え角および横すべり角を含む空気データ・パラメータを得ることが できる。気圧高度は静圧から得られ、較正された対気速度は衝撃圧から得られる 。

マツハ数は衝撃圧対静圧比から得られる。

本発明のセンサーは、異なる関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に対して圧力（信号）を 共用することにより、最小の数の検出ボートを使用するだけで、上記空気データ ・パラメータの全てを決定することを可能にする。これらの圧力（信号）は相互 依存的であり、最終的な補正空気データ・パラメータを得るため、反復的（ｉｔ ｅｒａｔｉｖｅ）手順を使用することができる。

迎え角および横すべり角は、第８図のバレルまたは管（チューブ）の概略図によ って定義される。Ｘ軸はセンサーの軸に沿うものと仮定され、合成的な流れ、す なわち、速度ベクトルＶは、Ｘ軸に関連して測定された合成流れ角φだけ傾斜し ている。迎え角ａはＸ−Ｚ平面における角φのベクトルの角度であり、横すべり 角βはＸ−Ｙ平面における角φのベクトルの角度である。

Ｘ−２平面に関連して測定されたＸ軸の回りの速度ベクトルＶの回転は、回転角 θと呼ばれる。迎え角αおよび横すべり角βは次の式により、φおよびθから得 られる。

ｔａｎａ−ｔａｎφ’ｃｏｓθ。

ｔａｎβ−ｔａｎφｌｌ５ｉｎθ。

α、β、φおよびθの間の関係は、φ＝０″乃至φ＝５０゜の合成角およびθ− 〇＠乃至θ−３６０６の回転角について、第９図に示される。

断面が円形の先端（円錐形テーバ）を有する、第１図に示す種類のセンサーに対 する風洞データが、マツハ０．３における風洞試験で得られた。結果を第１０図 乃至第１４図に示す。１つの測定圧信号Ｐ　と４つの圧力差Ｐ、−Ｐ、。

Ｐ、−Ｐ２．Ｐｌ−Ｐ３およびＰ３−Ｐ４が、センサーから必要とされるすべて の測定値である。

平均測定静圧は以下の（１）式の関係から得られる。

−Ｐ　−（（Ｐｌ−Ｐ２）　＋２　（Ｐ、−Ｐ３）十（Ｐ３−Ｐ４）　）　／４ 　・・・（１）平均測定衝撃圧は次の（２）式の関係から得られる。

＋２　（Ｐ　−Ｐ　）　＋　（Ｐ３−Ｐ４）　ｌ　／４・−・（２） は比（Ｐ３−Ｐ４）石。。から得られる。

マツハ数０．３における迎え角および横すべり角信号の較正を第１０図に示す。

φ−３０″の合成流れ角の場合のθ−θ°からθ−３６０’までの全回転角（θ ）についてのデータを示す。第２図に示すように、圧力ボートが対称であるとき は、圧力信号は４５″毎に対称である。（Ｐ、−Ｐ２）および（Ｐ３−Ｐ４’） の符号は、測定値がどの象限にあるかを決定する。

αおよびβ信号の拡張較正を第１１図に示す。第１１図は、第１象限におけるφ およびθに対する（Ｐ、−Ｐ２）／ｑｏ。

および（Ｐ３−Ｐ４）　ｑ。−関係を示す。較正データはφ−５０″に対して示 されている。データは、他の３象限については対称であり、正しい象限を示すた めには、（Ｐ　−Ｐ　）および（Ｐ３−Ｐ４）の符号が変るのみである。

第１１図は、横すべり角βがＯであるような、通常の飛行動作に対しては、大幅 に単純化される。圧力差（Ｐ３−Ｐ、）はＯであり、迎え角αは合成流れ角φと 同じである。すなわち、回転角θは（Ｐｌ−Ｐ２）の符号に応じて、０°か、ま たは１８０”のいずれかである。第１０図および第１１図における較正データは 、このときは、１本の垂線上にのみ存在するであろう。

本発明のセンサーの静圧較正を第１２図に示す。圧力比（Ｐ　、Ｐ　ｔ、　）　 ／　ｑ　ｃ、は、一定の回転角、θをパラメータとした、流れ迎え角（ｆｌｏｗ 　１ｎｃｉｄｅｎｃｅ　ａｎｇｌｅ）φの関数として描かれている。プローブの 対称性から、θ−θ″におけるデータはθ−９０’、１８０’および２７０’に ついても同じである。θ−２２，５’におけるデータは、θ−６７，５’。

１１２．５°、１５７．　５＠、２０２．　５’、２４７．５’。

２９２．５’および３３７．５″の場合のデータでもある。

またθ−４５１′におけるデータは、θが１３５＠、２２５゜および３１５°の 場合のデータでもある。

第１２図に示す静圧較正は、本発明の小型センサーの取付は位置における、航空 機上での局部静圧Ｐ、を得るための補正を示す。局部静圧は、通常の空気力学的 補償により、および（または）小型センサーからの最終的な補正圧出力、すなわ ち、ＰＬ”ＣＬ、ＣＬおよびβ、（下付き文字“Ｌｏは航空機上の取付は位置の 局部条件を示す）を使用する計算方法により、真の静圧に補正することができる 。

小型センサーに対する衝撃圧力較正を第１３図に示す。圧力係数（ｉｃＩＩｌ− ｑｏ、）／１ｏＩＩｌは一定の回転角θをパラメータとした流れ迎え角φの関数 として示される。このデータは、上述したように、静圧に関して４５″毎に対称 であるから、θ−０＠からθ−３６０°の全回転範囲について使用することがで きる。

空気データ・パラメータを得る方法（ステップ）は以下の通りである。

１、プローブ上のポートによって検出された以下の圧力を測定する。

絶対圧：Ｐｌ　（センサー３１Ｆから）差圧：　（Ｐ　−Ｐ　）、（Ｐ　−Ｐ　 ）、（Ｐｌ−Ｐ３）。

ｔ　１　１　２ （Ｐ３−Ｐ４）　（センサー３６〜３９から）２６４つの圧力Ｐ、、Ｐ２．Ｐ３ およびＰ４の平均である３、平均衝撃圧力ミ　を、上述の式（２〉から決定する 。

０Ｍ ４、迎え角比（Ｐｌ　’２　）”’ｃｍ’および横すべり角（Ｐ３−Ｐ４）／石 。□を計算する。

これは通常の数学関数を使って空気データ・コンピュータで行なわれる。

５、　（Ｐｌ−Ｐ２）／ｑｏ−よび（Ｐ３−Ｐ４）／Ｑ。。により、コンピュー タの較正曲線からの第１１図の補償情報を使用して、φおよびθをめる。

６、第８図に示し、前述した式を使って、センサーの迎え角および横すべり角を める。

（１−ＢｌＣｔａｎ　（ｔａｎφ’ｃｏｓθ）β−ａｒｃ　ｔａｎ　（ｔａｎφ １ＩＳｉｎθ）７、センサー取付は位置における局部静圧を、次式でめる。

但し、（丁。−Ｐ　ｔ　）　／　ｑ　ｃ、は、φおよびθの既知の値に対して、 第１２図から得られる。

８、センサー取付は位置における局部衝撃圧力を、次式でめる。

ｑｃｔ、−ｑ、、−（（ｑ、、−ｑ。１．）　／　ｑ　ｃ、）　（石。、）但し 、（ｑｅＩｌｌ−ｑ。Ｌ）　／　ｑ。。は、第１３図の曲線で示す較正情報から 得られる。この情報は、φおよびθの既知の値に関連してコンピュータ４０に記 憶され、コンピュータは較正情報をオンライン状態で与えることができる。

上記手順は、測定された圧力Ｐ１．（Ｐ、−Ｐｌ）。

（Ｐｌ−Ｐ２）、（Ｐ３−Ｐ４）および（Ｐｌ−Ｐ３）からα、β、Ｐｔ、およ び請求めるため、完全にコンピユータ化することができる。第１１図、第１２図 および第１３図に示すグラフからの情報すなわち較正データは、２次元アレイ（ テーブル）としてコンピュータに記憶することができる。

一般的な場合は、第１１図、第１２図および第１３図に示すパラメータに関して 、マツハ数に対する多少の依存性がある。大きな依存性がある場合は、航空機の 使用可能な対気速度範囲を横切るマツハ数の適当な増分において、グラフからの 独立した別個の較正データが必要とされる。グラフに示した較正データも、α、 β、ＰＬおよびｑｃＬの完全にコンピユータ化された決定のため、３次元アレイ としてコンピュータに記憶することができる。

マツハ数依存性が大きい場合は、以下のような繰返しデータ整理（ｄａｔａ　ｒ ｅｄｕｃｔｉｏｎ）手順を利用することができる。

（１ａ）上記ステップ（１）と同じ （２ａ）上記ステップ（２）と同じ （３ａ）上記ステップ（３）と同じ （４ａ）上記ステップ（４）と同じ （５ａ）　（Ｐ　−Ｐ　）／ｑ　および（Ｐ３−Ｐ４）／ｑ、。

１　２　ｃｍ で、第１１図の較正データを使って、φＡおよびθいと呼ばれるφおよびθの第 １の近似値をめる。

ハ数ＭＡをめる。

（５ｃ）同じマツハ数に対する第１２図および第１３図による近似マツハ数Ｍ　 におけるφ　およびθＡの近似値をＡ　Ａ 使って、（Ｐ　）　および（ＱＣＬ）Ａの近似値をめる。

Ａ （５ｄ）　（Ｐ　）　および（ＱＣＬ）Ａの値から、つぎの（４）Ａ 式により、近似的な局部マツハ数（ＭＬ）Ａをめる。

（（ｑ　）　＋（Ｐ　）　ｌ／（Ｐ、）ＡＬＡＬＡ （５ｅ）近似的な局部マツハ数（ＭＬ）Ａで、同じマツハ数にある第１１図のよ うな較正曲線および較正情報を選択する。

φおよびθの正しい値を見つける。

（６ａ）上記ステップ（６）と同じ （７ａ）上記ステップ（７）と同様に、近似的な局部マツハ数（ＭＬ）Ａにおけ る第１２図の較正データを使って、正しい局部静圧ＰＬを見つける。

（８ａ）上記ステップ（８）と同様に、近似的な局部マツハ数（ＭＬ）Ａにおけ る第１３図の較正データを使って、正しい局部衝撃圧力ｑ。、を見つける。

（９ａ）　Ｐ　およびｑｃＬの正しい値を使って、つぎの（５）式により、局部 マツハ数ＭＬの正しい値を見つける。

（１０ａ）第１１図、第１２図および第１３図に示す較正データのマツへ数依存 性の厳格さに応じて、正しい局部マツ７１数ＭＬに到達するためには、追加的な 繰返しステップをさらに実行することが必要になるかも知れない。しかし、処理 全体は、実際の飛行中に使用している間に、計算された空気データ・パラメータ を連続的に更新するため、コンピュータ４０上でプログラムすることができる。

同じ補正を実行するプログラミングが、既存の空気データ・センサー・プローブ について行なわれる。

静圧Ｐ　を測定するため、ＰＰＰ　およびＰ４のｍ　１°　２°　８ 他に、追加のポートを本発明のセンサーで使用することも可能である。これらの 補助ポートは、必ずしも図示の点と同じ断面上にある必要はなく、センサーの軸 に沿ってわずかに前方または後方に変位させることができる。第６図に示すよう に、スタテック・ポートをあけるための静圧室を可能にするために、マニホール ド組立体と電気ヒータの間に空隙域を設けることができる。

センサーが対称であり、測定された静圧をθに関して対称にするのに十分なポー トが追加される特別な場合は、（Ｐ　−Ｐ　）／ｑ　に対する第１２図と、（ｑ ｃｍ−ＰＣＬ）ＬｃＩ１１ ／ｑ　に対する第１３図における全てのθについて、ただｆｌ１ １本の較正線が必要とされるのみである。このことは、Ｐ。

およびｑ　が直接測定される（式１および２）という事実に■ よりデータ整理手順を単純化し、差圧（Ｐｌ−Ｐ３）の削除を可能にする。

上記データ整理手順は、センサーがブームに取り付けられ、迎え角および横すべ り角条件の両方をセンサーが受ける一般的な場合に対するものである。

センサーが胴体の側面で支柱に取り付けられている単純化された場合は、流れ回 転角θは０であり、センサーの較正は第１１図、第１２図および第１３図におけ るθ−θ″の曲線に従う。横すべり角の圧力ポート（Ｐ　およびＰ４）は必要と されない。もし、これらが使用されない場合は、測定されデータ整理ステップは 、第１１図、第１２図および第１３図の場合のデータ・パラメータが、第１４図 に示すように、局部迎え角αＬの関数としてのパラメータで置き換えられる意思 外は、上記の一般的な場合と同じである。

支柱取付はセンサーの場合は、静圧Ｐ　を測定するため、■ Ｐ　およびＰ２の他に追加の圧力ポートを使用することも■ 可能である。これらのポートは、必ずしも同−断面内にある必要はなく、センサ ーの軸に沿ってわずかに前方および後方に変位させることができる。

その好ましい形態では、プローブの先端部分は、主バレルの１半径よりも大きい 軸方向長さく好ましくは、少なくとも半径の１．５倍）を有するが、通常は、角 度検出ポート軸（角度検出ポート位置における、の意味）によって画定された平 面上で取られた、８相当（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）半径よりも大きくない。１相 当半径よりも大きいが、６相当半径よりも小さい検出ポートが、ピトー先端の後 方の角度検出ポート位置に配置される。

好ましい実施例に関連して本発明を説明したが、本発明の精神および範囲から逸 脱することなく、形状および細部において変更をなすことができることは当業者 により認識されるであろう。

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Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．第１および第２の端部を有するバレルと、上記バレルの第２の端部を航空機 に対して所望の方位に支持するための手段とから成り、上記バレルは縦軸を有し 、上記バレルの第１の端部は、上記バレル内に画定され、かつ縦軸上に中心を有 する鋭い縁部のピトー・ポートに通じるテーパ付き先端部分を有し、上記テーパ 付き先端部分は上記縦軸の回りに形成され、かつ上記縦軸に直角な、測定される テーパ付き先端部分の下流側の上記バレルの主部の最小横方向寸法の６倍よりも 実質的に大きくない、軸方向長さにわたって延在し、上記ピトー・ポートは、上 記バレルを貫通して延在するピトー圧伝達通路に通じている、縦方向に短縮され た圧力検出プローブであって、 テーパ付き先端部分およびバレルの主部の接合部より前方のテーパ付き先端部分 を貫通して形成された複数のポート手段を備え、上記ポート手段は、バレルの縦 軸に直角な軸を中心とする少なくとも２つの、対向するポートから成り、ポート 手段は、バレルの両側における圧力を検出し、バレルが航空機に搭載されたとき 、共通軸が所望の方向に向けられ、さらに 上記先端部分は囲い面を有し、前記囲い面は、縦軸に沿って取られるその断面が 、ポート手段の位置における最小半径寸法の、少なくとも１．５倍の縦軸方向長 さを有し、かつテーパ付き先端部分の縦軸の長さ全体にわたって円滑に拡大する ような囲い面を示すように構成された圧力検出プローブ。
2. ２．ポート手段の上記軸が、縦軸に直角な１つの共通平面上にある請求の範囲第 １項のプローブ。
3. ３．上記ポート手段が、対向する対として配置された４つのポート手段から成り 、第１の対は縦軸と交差する中心軸を有し、対向ポート手段の各対のポート手段 は、ポート手段の他方の対の軸にほぼ直角な共通軸に心合せされている請求の範 囲第１項のプローブ。
4. ４．上記ポート手段の軸がプローブの縦軸と交差する上記ポート手段の軸の軸方 向の間隔は、プローブのピトー・ポートの後方にあるポート手段位置における、 プローブの１相当半径よりも大きく、６相当半径よりも小さい距離だけ隔てられ ている請求の範囲第３項のプローブ。
5. ５．縦軸を有する細長いプローブ・バレルを備えたプローブを通過して運転する 流体の方向に関連した空気データ・パラメータを決定するための空気データ検出 プローブであって、上記バレルの第１の端部は流体の流れの方向に関する先端を 備え、かつ流体の流れに向かう方向においてプローブ・バレルの主部よりも小さ い寸法になるようにテーパを付けられたテーパ付き先端部分を備え、上記テーパ 付き部分は比較的短かいが、プローブ・バレルの主部の１相当半径よりも大きい 長さだけ延在し、上記テーパ付き先端部分は、流体の流れの方向を向き、かつ縦 軸を中心とする円形ピトー・ポートを画定する空気データ検出プローブにおいて 、テーパ付き先端部分上で、プローブを貫通して形成されると共に、少なくとも ２つの対をなすように配置され、各対におけるポート手段の各々が反対方向で向 き合い、かつプローブ・バレルの縦軸と交差する共通軸をほぼ中心とする複数の ポート手段と、 上記プローブ・バレル内に取り付けられ、ピトー・ポートと流体的に連通する中 央通路がその内部を貫通しているマニホールド組立体であって、さらに、それぞ れのポート手段によって検出された圧力をバレルの他端に伝えるため、ポート手 段の各々と整列され、かつポート手段の各々に通じている、縦方向に延在する別 の通路補し、上記通路はそれぞれ他の通路から流体的に分離されているマニホー ルド組立体と、選択されたポート手段の間の圧力の差を表わす信号を発生してプ ローブからの出力を供給するための手段を含む、上記ピトー・ポートおよび上記 ポート手段の各々における圧力を表わす信号を供給するための手段とを備えたこ とを特徴とする空気データ検出プローブ。
6. ６．４つのポート手段があり、ポート手段の各々は、ポート手段が対として配置 されるように、ポート手段の他のものと対向し、各対のポート手段は共通の対軸 に沿って整列され、各対軸は縦軸に直角であり、かつ他方の対軸と９０°の角度 をなし、ピトー圧はＰｔと表示され、対向するポート手段から成る第１の対のポ ート手段の圧力はＰ１およびＰ２と表示され、第２の対のポート手段の圧力はＰ ３およびＰ４と表示され、さらに、ポート手段に結合された差圧検出手段はＰｔ −ｐ１，Ｐ１−ｐ２，Ｐ３−ｐ４およびＰ１−Ｐ３にほぼ等しい値の出力を供給 する請求の範囲第５項の空気データ・センター。
7. ７．バレルの先端部分が非円形の断面であり、対軸の一方に沿った方向において 、他方の対軸に沿った方向よりも大きな幅を有する請求の範囲第６項の空気デー タ・センサー。
8. ８．上記ピトー・ポートは、軸の回りに対称に形成された表面によって画定され 、さらに、先端におけるバレルのテーパ付き部分と交差する外側の鋭い縁部から 縦軸に向かった方向に、表面手段がマニホールド組立体の中央通路と交差すると ころまでテーパが付けられている請求の範囲第５項の空気データ・センサー。
9. ９．上記マニホールド組立体は、上記ピトー・ポートに開口し、かつ縦軸を中心 とした縦方向に延在する中央管と、上記中央管を取り巻き、上記中央管よりも大 きな直径を有する外部管と、中央管および外部管に結合された、放射状に延在す る複数の壁から成り、上記放射状の壁は、上記マニホールド組立体の中央管およ び外部管の間に、上記縦方向に延在する通路を形成するように配置されている請 求の範囲第５項の装置。
10. １０．プローブを通過して運動する流体の方向に関連した空気データ・パラメー タを決定するための空気データ検出プローブであって、縦軸を備えた細長いプロ ーブ・バレルを有し、上記バレルの第一の端部は流体の流れの方向に対する先端 を備え、かつ流体の流れの方向を向き、縦軸を中心とする円形ピトー・ポートを 画定し、さらにプローブを貫通して形成され、周方向に隔離された半径方向位置 に軸を有する、複数のポート手段を有する空気データの検出プローブにおいて、 上記プローブ・バレル内に取り付けられた圧力伝達マニホールド組立体であって 、プローブ・バレル内に嵌合する外面を画定する第１の手段と、マニホールド組 立体の一部として形成された第２の手段であって、それぞれのピトー・ポートお よびポート手段によって検出された圧力をバレルの第２の端部に伝達するように 、ピトー・ポートおよびポート手段の各々と周方向に整列されかつ各々に開口す る、縦方向に延在する個々の通路を画定す第２の手段とから成り、上記通路はそ れぞれ他の通路から流体的に分離されるように改良された圧力伝達マニホールド 組立体を備えた空気データ検出プローブ。
11. １１．上記マニホールド組立体が、ピトー・ポートに開口し、かつ上記第２の手 段を支持する中央管を備える請求の範囲第１０項の装置。
12. １２．プローブ・バレルを除氷するための、上記マニホールド組立体によって支 持された除氷ヒータをさらに備えた請求の範囲第１０項の装置。
13. １３．上記第２の手段が、中央通路からほぼ放射状に延在する壁手段から成る請 求の範囲第１０項の装置。