Аэродинамический датчик - RU2062988C1

Чертежи

Показать все 12 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к датчикам аэродинамических данных, спроектированных и построенных так, чтобы они имели очень компактные внешние размеры и чтобы их было относительно легко и просто изготовить.

Необходимость в постоянном уменьшении лобового сопротивления на самолетах обусловила непрерывные усилия по разработке и совершенствованию датчиков аэродинамических данных, которые будут гарантировать выдачу многофункциональных сигналов давления от одиночного датчика и сведут к минимуму необходимость в использовании дополнительного контрольно-измерительного оборудования, которое необходимо устанавливать в потоке воздуха. С другой стороны, вес различных датчиков постоянно уменьшают с целью сведения к минимуму размера цели радарных установок и уже упоминавшегося лобового сопротивления. Производственные соображения по проблеме выполнения внутренних каналов, по которым будет передаваться давление от множества отверстий в цилиндрической оболочке одиночного датчика, сводятся к одной задаче: уменьшить размер цилиндрическое оболочки датчика, поскольку из-за наличия в датчике большого количества индивидуальных трубок и подпорных стенок, используемых для образования камер для каждого из отверстий, становится очень трудной проблемой установка различных обогревателей и множества несущих индивидуальные сигналы давления трубок, если иметь в виду исключительно небольшой диаметр используемых в настоящее время цилиндрических оболочек для датчиков.

Настоящее изобретение предусматривает создание конструкции для соединения давления от фиксирующих давление отверстий с отводящими давление трубками таким образом, чтобы внутреннюю конструкцию можно было изготовить относительно небольшого диаметра и чтобы точно изготовленные стандартные детали можно было использовать на широком разнообразии различных моделей датчиков аэродинамических характеристик. Кроме того, размещение обогревателей по одному из вариантов изобретения дает возможность использовать для изготовления цилиндрической оболочки или самих трубок другие сходные материалы, помимо никеля или сплавов металла.

В соответствии с известным уровнем техники можно изготовить различные конструкции датчиков, которые выдают пять различных сигналов давления. В настоящее время выпускают многофункциональные датчики, которые образуют и выдают сигналы, на основе которых можно определить скорость потока воздуха, статическое давление, угол атаки и угол скольжения, а внешние конфигурации этих датчиков спроектированы таким образом, чтобы они предусматривали возможность компенсирования вероятных нарушений конфигурации в процессе монтажных и установочных работ.

Настоящее изобретение относится к датчикам данных о воздушном потоке, внутренняя конструкция которых приспособлена для передачи сигналов давления от множества расположенных в датчике отверстий в трубопроводы, расположенные на опорном элементе датчика. Уже известные схемы расположения обогревателей, подпорных стенок и индивидуальных трубок обусловливали увеличение размера датчиков хотя бы по той простой причине, что это диктовалось необходимостью изготовления различных составляющих датчик блоков, однако по настоящему изобретению предлагается заменить прежнюю схему расположения подпорных стенок концентрическим пучком трубок, состоящим из множества индивидуальных трубок, с одновременным использованием концентрического соединительного элемента, снабженного множеством изолированных каналов на основном или базовом конце цилиндрической оболочки датчика. В данном случае появляется возможность изготавливать меньшие по размеру датчики, поскольку появляется реальная возможность использовать все поперечное сечение цилиндрической оболочки датчика для размещения здесь передающих сигналы давления трубок и элементов обогревателя, при одновременной возможности герметизации или изолирования отверстий друг от друга. Дополнительным признаком настоящего изобретения является то, что в случае необходимости упомянутый блок, включая пучок трубок, может включать в себя обогревательный элемент, благодаря чему устраняются все проблемы установки и крепления обогревателя на внутренней части цилиндрической оболочки датчика.

Возможность изготовить датчик меньшего размера дает возможность уменьшить лобовое сопротивление, его вес и эффективную площадь отражения цели. Более того, предлагаемую изобретением конструкцию можно выполнить модульной, поскольку внутренняя конструкция датчика может быть идентичной для датчиков, которые имеют различные внешние конструкции. Возможность уменьшения размера датчика означает возможность практического использования отформованных композитных материалов вместо металлов (обычно никеля ), которые ранее использовали для изготовления внешней цилиндрической оболочки датчиков и других конструктивных элементов. Использование композитных материалов открывает возможность дальнейшего уменьшения веса и эффективной площади отражения цели.

Ниже приводится описание двух вариантов настоящего изобретения, один из которых предусматривает использование напорных каналов, образованных индивидуальными трубчатыми элементами, установленными вокруг центральной трубки, которая принимает в себя полное давление (обычно от переднего центрированного или аксиального отверстия). Второй вариант изобретения предусматривает использование одиночной заглушки, в которой образованы канавки, определяющие контур передающих давление трубопроводов и контур центрального канала для полного давления. Далее, этот унифицированный блок имеет на своей задней части многоканальный изолированный выпускной блок (датчик будет крепиться к самолету именно этой своей задней частью), чтобы образовать соединение с отдаленными трубопроводами, которые доходят непосредственно до специфических контрольно-измерительных приборов или датчиков, если, конечно, в этом есть необходимость.

Настоящее изобретение дает возможность изготавливать очень небольшие по габаритам и компактные датчики, причем в данном случае сведены к минимуму все размерные ограничения, которые раньше обусловливались обычными способами изготовления датчиков.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что предлагаемая конструкция датчика допускает значительно более близкое расположение фиксирующих отверстий относительно друг друга и более близкое расположение к переднему концу самого датчика, благодаря чему появляется возможность более эффективно и надежно соединять даже короткие датчики, у которых фиксирующие изменения характеристик воздушного потока отверстия расположены на скошенной на конус передней части цилиндрической оболочки, с соответствующими контрольно-измерительными приборами через предлагаемый изобретением канальный блок.

Фиг. 1 перспективный вид типичного датчика, выполненного до первому варианту изобретения, причем некоторые части датчика показаны в разрезе, а другие с выровом.

Фиг. 2 перспективный вид переднего конца датчика, иллюстрирующий расположенные по внешней цилиндрической оболочке фиксирующие изменения характеристик воздушного потока отверстия.

Фиг. 3 разрез А -- А на фиг. 1.

Фиг. 4 разрез Б -- Б на фиг. 1.

Фиг. 5 вид сверху выпускного отверстия для установки и крепления трубопроводов, по которым сигналы давления будут передаваться к удаленным контрольно-измерительным приборам, и повернутым на 90^o от показанной на фиг. 1-3 позиции.

Фиг. 6 разрез В -- В на фиг.5.

Фиг. 7 разрез Г -- Г на фиг.5.

Фиг. 8 разрез Д -- Д на фиг.5.

Фиг. 9 разрез Ж -- Ж на фиг.5.

Фиг. 10 вертикальный разрез датчика характеристик воздушного потока, в котором используется модифицированный блок передачи сигналов давления, выполненный по настоящему изобретению.

Фиг. 11 разрез на фиг.10.

Фиг. 12 разрез И И фиг.10.

Фиг. 13 вид сзади показанного на фиг.10 датчика, иллюстрирующий расположенные на нем отводящие давление трубки.

Показанный на сопровождающих описание чертежах многофункциональный датчик характеристик воздушного потока обозначен здесь ссылочной позицией 20 и относится к тому виду датчиков, который может гарантировать измерение угла атаки, числа Маха и выдачу показаний, которые будут указывать статическое давление.

Этот датчик характеристик воздушного потока содержит цилиндрический корпус или оболочку, которая обозначена ссылочной позицией 21 и которая в своей основной части выполнена в виде удлиненного цилиндра 21А с центральной продольной осью 22 (см. фиг. 4). Передний конец 23 цилиндрической оболочки датчика характеристик воздушного потока 21 имеет скошенную на конец переднюю поверхность 24, на которой расположено отверстие для трубки Пито 25 (отверстие для приема полного давления), в котором будет фиксироваться давление торможения на переднем конце датчика. Отверстие для трубки Пито 25 представлено отверстием с четко очерченными кромками.

Скошенная на конус поверхность 24 простирается по направлению вниз относительно продольной оси 22 на какое-то выбранное расстояние. Небольшое отверстие 25А можно использовать для отвода воды, которая может поступать в отверстие 25.

В случае необходимости для образования компенсирующего нарушения или возмущения давления можно выполнить какую-то секцию поверхности с несколько большим углом охвата, чем у секции 24; эта практика типична для уже известного уровня техники. Упомянутая поверхность 24 стыкуется с цилиндрической секцией 21А.

Из сопровождающих описание чертежей ясно, что цилиндрическая оболочка 21 установлена на монтажном сжатом элементе 30, который предназначен для последующей установки и закрепления на боковой стороне самолета. Продольная ось 22 цилиндрической оболочки удерживается в известной позиции относительно оси самолета таким образом, чтобы изменения в ориентации продольной оси датчика 22 относительно горизонтальной стандартной плоскости выдавали индикацию угла атаки самолета. С помощью датчика, в котором используется внутренняя конструкция трубопроводов по настоящему изобретению, а следовательно используются и соответствующим образом расположенные фиксирующие различные параметры воздушного потока отверстия, можно также определить угол скольжения.

Помимо отверстия для трубки Пито 25 в верхней и нижней частях цилиндрического корпуса (оболочки) 21 расположен первый комплект отверстий 31 и 32; здесь же расположено отверстие 33, ось которого расположена под углом 90^o по отношению к осям отверстий 31 и 32. Оси отверстий 31 и 32 являются совпадающими осями. Измерение угла скольжения предусматривает обязательное использование отверстия, расположенного на той же оси, что и ось отверстия 33, но на противоположной стороне датчика от отверстия 33. Отверстие 33 используют для образования сигнала статического давления. Отверстия 31 и 32 используют для индивидуального получения сигналов давления, которые будут указывать угол атаки самолета. На основе этих сигналов можно будет получить данные по углу атаки, статическому давлению, если учитывается фактор правильной компенсации, а сами расчеты выполняются с использованием известных в данной области выведенных формул; можно также получить данные относительно полного давления и числа Маха.

Сигналы давления от отверстий 31 и 32 изолируются и удерживаются в этом состоянии с помощью соответствующих блоков или стенок 34 и 34А, которые образованы между отверстиями, расположенными на общих осях. Стенка 34А расположена на противоположной стороне датчика от блока 34. Сигналы давления от отверстий 31, 32 и 33, а также от отверстия полного давления 25 передаются в отдаленные трубопроводы с последующим их использованием желательным образом через многоканальный блок, который на чертежах обозначен ссылочной позицией 35 и который включает в себя диски подпорной стенки 36, 36А и 39, которые плотно устанавливаются в пределах внутренней поверхности цилиндрической оболочки, включая скошенную на конус переднюю секцию. Подпорные стенки и блоки или стенки 34 и 34А образуют камеры, обозначенные на чертежах ссылочной позицией 31А 33А (см. фиг. 3). Упомянутые камеры открыты в сторону индивидуальных трубок пучка трубок 37, который расположен позади подпорной стенки 36А. Центральная трубка 38 образует опору для подпорных стенок и пучка трубок 37. Подпорная стенка 39 образует камеру для полного давления 40 (в задней части отверстия для полного давления 25). Трубка 38 открывается в сторону камеры 40 через одно или более отверстий 38А, а следовательно соединяется с этим отверстием полного давления.

Показанный на фиг. 4 пучок трубок 37 образован множеством индивидуальных трубок частично кольцеобразного сечения 41, 42 (для отверстий 31 и 32) и 43 (для отверстия 33). Здесь же расположена трубка 44, которая будет использована в качестве отверстия для измерения угла скольжения, однако в описываемом варианте изобретения эта трубка не будет передавать сигналы давления. Упомянутые трубки имеют внешние частично цилиндрические стенки, обозначенные на чертежах ссылочными позициями 41А 44А и которые будут определять контур внутренних каналов 41В 44В. Эти трубки также снабжены простирающимися в радиальном направлении стенками и частично кольцеобразными внутренними стенками, установленными вокруг трубки 38, по которой передают сигналы давления от отверстия полного давления. Трубки 41 44 образуют пучок цилиндрической формы 37, который хорошо виден на фиг. 1. Эти трубки можно соответствующим образом соединить вместе сваркой или каким-либо иным подходящим для данного случая образом с конечным образованием пучка трубок 37.

Каналы этого пучка трубок образуют многоканальную часть, которая будет концентричной относительно центральной оси 22, поскольку эти трубки формируются вокруг и концентрично относительно трубки 38, по которой проходит полное давление. Пучок трубок 37 и трубка 38 по существу заполняют все внутреннее поперечное сечение между напорными каналами, т.е. практически используется все это пространство. Подобное эффективное использование всего внутреннего поперечного сечения дает возможность выполнять датчик с уменьшенным поперечным сечением, а следовательно, соответствующим образом уменьшить лобовое сопротивление и эффективную площадь отражения сигнала.

Блок 35 включает в себя переходную секцию 50 для соединения трубопроводов или трубок, по которым проходят сигналы давления, от находящихся в пучке 37 трубок до установленного на самолете контрольно-измерительного оборудования. Переходная секция 50 образует часть блока 35 и включает в себя внешнюю втулку 51, которая как бы охватывает пучок трубок 37. Втулка 51 не имеет полностью кольцеобразную форму, в частности это можно видеть на фиг. 5 9, а ей придана такая форма, чтобы она заключала в себя трубки 41-44, которые оканчиваются в и соединяются с трубопроводами в различных осевых точках вдоль продольной оси 22. Внутренняя часть переходной секции 50, что особенно хорошо видно на фиг. 5 и на фиг. 5-9, на которых показан вид в разрезе, имеет частично кольцеобразные стенки подпорных стенок, что дает возможность заделать и герметизировать задние отверстия индивидуальных трубок 42-44 в различных позициях оси, чтобы сигналы давления от каждой индивидуальной трубки 41-44 были изолированы друг от друга и чтобы можно было направить их к какой-то индивидуальной линии или трубопроводу, который проходит через сжатый элемент и доходит до удаленного от него контрольно-измерительного оборудования. Следует иметь в виду, что фиг. 5 повернута на 90^o по отношению к фиг. 1 и 4, чтобы трубка 44 находилась внизу, а соединительные трубопроводы простирались вниз на фиг. 6-9.

Переходная секция имеет подпорную стенку 55, образующую четверть круглого сегмента, который в свою очередь образует камеру 58 в задней части трубки 44. В стенке втулки 51 образовано напорное отверстие, а трубопровод отвода давления 57 соединен с образованной подпорной стенкой 55 камерой. Трубка 44 заканчивается как раз позади передней кромки 56 втулки 51. Подпорная стенка 55 и втулка 51, а также стенки смежных трубок 41 и 42 и трубка 38 образуют камеру 58.

Вторая трубка, например, трубка 41, заканчивается в камере, образованной полукруглой подпорной стенкой 60, показанной на фиг. 7. Сигнал давления можно отводить из трубки 41 через выпускную линию или трубопровод 62. Полукруглая подпорная стенка 60 открывает камеру 61 и может простираться примерно на 180^o. Трубка 41 заканчивается позади подпорной стенки 55, а стенки 55 и 60 образуют камеру 61 вместе со стенкой втулки 51 и боковыми стенками трубок 43 и 42. Трубка 41 открывается в камере 61; этой же камере открывается также и линия 62.

Подпорные стенки крепятся на месте сваркой или иным подходящим образом. В случае использования синтетических материалов подпорные стенки можно закреплять в рабочей позиции цементированием.

Третья трубка, например, трубка 43, выходит за пределы подпорной стенки 60 по направлению вниз и открывается в камере 67, образованной на задней ее стороне на три четверти круглой подпорной стенкой 65, а на передней ее стороне подпорной стенкой 60. Втулка 51 и боковые стенки трубки 42 образуют контуры стенок камеры 67 вместе с внешней поверхностью трубки 38. Давление жидкости от трубки 43 передается в линию или трубопровод 66, который прикреплен к втулке 51.

Четвертая трубка, например, трубка 42, простирается вниз по направлению к заднему концу переходной секции коллектора 50.

Трубка 42 заканчивается позади подпорной стенки 66 и открывается в камере 71, образованной полностью круглой кольцеобразной подпорной стенкой 70 и стенкой 66. Камера 71 является кольцеобразной камерой, а линия или трубопровод 73 открывается в камере 71 через втулку 51. Линия 73 доходит до удаленных контрольно-измерительных приборов.

Передающая полное давление трубка 38 соединяется на задней стороне переходной секции 50 с трубопроводом или линией 74, которая непосредственно доходит до удаленных контрольно-измерительных приборов. Подпорные стенки 55, 60, 65 и 70 устанавливаются вокруг трубки 38, а сама трубка 38 образует центральную опору для блока коллектора.

Блок коллектора 35 может легко и просто вставляться во внешнюю цилиндрическую оболочку и его можно изготавливать отдельно от этой оболочки. Является предпочтительным изготавливать и уплотнять подпорные стенки и трубки отдельно от цилиндрической оболочки. Обогреватель против обледенения, который на чертежах обозначен ссылочной позицией 75, можно устанавливать и закреплять на внешней стороне пучка трубок 37, после чего соединяем подводящие провода с проводами, которые проходят через сжатый элемент 30 к источнику электропитания. Поскольку цилиндрическая оболочка не должна содержать в себе элементы обогревателя, то эту цилиндрическую оболочку можно выполнять из композиционных материалов.

Предлагаемая конструкция датчика может иметь меньшие внешние размеры цилиндрической оболочки только благодаря простоте изготовления блока коллектора и способности этого блока легко и просто проскальзывать в оболочку с последующим его креплением здесь соответствующим образом. Блок коллектора можно закреплять в его рабочей позиции различными цементирующими и клеящими веществами, а в случае необходимости использовать для этого технологию твердого припоя. Передние подпорные стенки 26, 36 и 36А можно перемещать относительно внутренней поверхности цилиндрической оболочки, чтобы добиться соответствующего уплотнения повышенного давления.

В случае использования композиционных материалов достигается как уменьшение веса, так и эффективной площади отражения сигнала. По второму варианту настоящего изобретения также используется короткий датчик вместе с внутренним коллектором. На фиг. 10 короткий датчик обозначен ссылочной позицией 80, который по этому варианту имеет в общем-то скошенную на конус внешнюю поверхность 81 и отверстие для полного давления с четко очерченными кромками 82, которое расположено на переднем конце датчика.На своем заднем конце датчик снабжен поверхностью для монтажной втулки 83, которую можно использовать для установки здесь на соответствующей переходной секции или крышке и опорном элементе типа сжатого элемента цилиндрической оболочки датчика.

Датчик по этому варианту изобретения также снабжен двумя отверстиями 84 и 85, которые расположены на верхней и нижней сторонах датчика, при этом оси датчика лежат в общей плоскости в первой позиции вдоль продольной оси 86. Кроме того, этот датчик имеет также отверстия 87 и 88, которые выполнены в стенке цилиндрической оболочки датчика и простираются по направлению вниз; эти отверстия будут центрированы с отверстиями 84 и 85 в продольном направлении. Эти последние отверстия открываются через стенку датчика. По центру цилиндрической оболочки датчика образовано расточное отверстие 90.

На переднем конце датчика имеется расточное отверстие 91, которое открывается в центральное переднее расточное отверстие 92, через которое от отверстия 82 передается сигнал давления. В расточное отверстие 91 устанавливается спирально намотанный электрический обогреватель 93, в котором образован открытый центральный канал примерно того же размера, что и расточное отверстие 92. Трубопровод обогревателя можно удерживать в рабочей позиции наиболее подходящим для данного случая образом, а с помощью расточного отверстия 90 устанавливается и крепится многоканальный блок, который обозначен ссылочной позицией 94 и который по этому варианту изобретения содержит унифицированный блок, в котором выполнено внутреннее расточное отверстие 95 такого размера, чтобы оно могло свободно принимать в себя обогреватель 93 и образовывать канал для полного давления.

Отверстия 84, 85, 88 и 87 выполнены так, чтобы они могли открываться в сторону расточного отверстия 90, а затем соответствующим образом соединяться с каналами в блоке 94. Например, на фиг. 10 и 11 ясно видно, что отверстие 84 открывается в частично кольцеобразный канал или камеру 100, что хорошо видно на фиг. 11. Передняя стенка или подпорная стенка 101 перекрывает канал 100. Частично кольцеобразный канал 100 образован частично внутренней секцией стенки 101A и частично простирается вокруг центральной оси 86. Простирающийся в продольном направлении канал 105, который центрирован примерно в горизонтальной плоскости, обозначенной на фиг. 11 ссылочной позицией 96, открывается в сторону канала 100.

Отверстие 85, которое расположено диаметрально противоположно относительно отверстия 84, открывается в частично кольцеобразном канале 107, который также простирается вокруг центральной оси 86. Канал 108, который продольно простирается вдоль цилиндрической оболочки датчика, открывается в сторону частично кольцеобразного канала 107. На фиг. 12 также показан канал 108; этот чертеж является разрезом через оси отверстий 87 и 88. Задняя часть каналов 100 и 107 образуется подпорной стенкой 110.

Отверстия 87 и 88 открываются в индивидуальных простирающихся в продольном направлении каналах, что хорошо видно на фиг. 12. Отверстие 87 открывается в канале 112, образованном непосредственно в блоке 94 с помощью подпорной стенки 110. Канал 112 простирается в продольном направлении и отделен от\и центрирован на 90^o от каналов 108 и 105.

Отверстие 88 открывается в канале 114, который также простирается в продольном направлении через подпорную стенку 110 и который расположен диаметрально противоположно относительно канала 112. Два направляющих ребра, обозначенных на чертежах ссылочной позицией 120, 120, установлены между смежными каналами и в интервале между подпорными стенками 101 и 110; эти ребра используют для изолирования и герметизации каналов друг от друга, чтобы гарантировать разделение или изолирование сигналов давления и чтобы образовать поверхности, которые могут скользить по внутренней части расточного отверстия 90, и обеспечить правильную позицию коллектора для его практического использования. Упомянутые направляющие ребра 120 образуются соответствующими смежными каналами и простирающейся в продольном направлении прорезью 121 (для припоя), образованной между каждой парой направляющих ребер.

Упомянутые каналы легко и просто соединять в корпусе или крышке 125, которая устанавливается поверх плеча или втулки 83. В упомянутой крышке располагаются соответствующие каналы, которые спариваются с каналами 92, 105, 108, 112 и 114. Индивидуальные каналы открываются в трубопроводы, которые на чертежах обозначены следующими ссылочными позициями: 126 для канала 112, 127 для канала 105, 128 для канала 114 и 129 для канала 108. Кроме того, для передачи полного давления от канала 92 к удаленным контрольно-измерительным приборам используется трубопровод 131. Для отвода воды из канала полного давления можно образовать и использовать небольшое отверстие 95А.

Упомянутые выше трубопроводы могут проходить под сжатым элементом, предназначенным для установки и крепления на нем датчика аэродинамических характеристик или, если датчик устанавливается на лонжероне, эти трубопроводы могут проходить непосредственно через лонжерон или другой опорный элемент, который можно будет устанавливать на втулке 83.

И по данному варианту изобретения имеется возможность изготовить очень короткий и небольшого диаметра датчик, что обусловлено в первую очередь тем фактом, что в данном случае блок внутреннего коллектора можно изготовить отдельно с последующей скользящей его установкой в рабочую позицию и закрепления с помощью соответствующих методов и средств, например пайкой или с применением соответствующих клеящих веществ. Поперечное сечение датчика в данном случае будет использоваться практически на все сто процентов. Кроме того, отпадает необходимость иметь большое количество индивидуальных подпорных стенок с индивидуальными трубками, по которым будут передаваться различные сигналы давления.

Хотя настоящее изобретение было описано с ссылками на предпочтительные его варианты, однако всем специалистам в данной области ясно, что в данном случае возможны многочисленные изменения и модификации как по форме, так и в деталях, но без отхода от сути и объема изобретения. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8 ЫЫЫ10 ЫЫЫ12

Реферат

Использование: определение параметров воздушного потока текучей среды. Сущность изобретения: короткий, устанавливаемый с помощью сжатого элемента многофункциональный аэродинамический датчик имеет модульную конструкцию, образующую многоканальный напорный блок для передачи зафиксированных сигналов давления от индивидуальных фиксирующих отверстий на цилиндрической оболочке датчика в напорные трубопроводы, доходящие до монтажного сжатого элемента датчика. 2 с.п. ф-лы, 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

Формула