抗濕大氣數據探針的制作方法
【專利摘要】一種大氣數據探針包括探針頭。所述探針頭由向前尖端和尾部基座限定縱軸并包括被限定在所述向前尖端和所述尾部基座之間的所述探針頭尾部中的壁分接端口入口。所述壁分接端口入口以相對于所述縱軸的角度打開，其中所述壁分接端口入口具有被配置為抗彎月形成或以其它方式減少濕氣引起的壓力誤差的長形入口邊界。
【專利說明】抗濕大氣數據探針
發明領域
[0001]本發明涉及大氣數據探針，并且更具體而言涉及大氣數據探針的抗濕入口。
[0002]相關技術的描述
[0003]在飛機飛行控制的領域中已知各種大氣數據探針裝置。在這樣的裝置中，許多是涉及測量皮托壓力、靜態壓力、局部攻角壓力和側滑角壓力作為計算壓力高度、高度變化率、空速、馬赫數、攻角和側滑角的參數。大氣數據探針還可提供用于次要目的的數據，包括引擎控制、人工感覺、座艙壓力差等等。
[0004]大氣數據探針通常包括位于與探針的表面一體的探針頭的一側上的一個或多個靜態壓力端口，其感測飛機外的大氣壓力，理想情況是不受由飛機的移動所引起的壓力變化的影響。靜態壓力是重要的參數，其在飛機中被利用用于許多用途，包括高度、高度變化率、空速和空速率的確定，最后提到的參數反過來用作對各種其它裝置(諸如飛行管理系統、自動駕駛儀、地面接近警告系統和風切變探測器)的輸入。
[0005]圖3示出代表現有技術的大氣數據探針10的部分。大氣數據探針10包括探針頭
12、沿探針頭12的縱軸A打開的沖擊端口入口 14、具有圓形入口邊界18的壁分接端口入口16和用于從沖擊端口入口 14和16流體連通至內部組件的多個導管20、22。
[0006]雖然大氣數據探針10代表最先進技術，但是在大氣濕氣條件下，大氣數據探針10可能具有由于存在于大氣數據探針10的表面上的濕氣以及也由于攝取到沖擊端口入口 14和壁分接端口入口 16中的濕氣引起的壓力感測測量誤差。這種濕氣包括固體和液體的濕氣。在地面操作和飛行期間，大氣濕氣可積聚在壓力感測端口周圍和其中。大氣數據探針10的壁分接端口入口 16和其它相關端口有時由于濕氣積聚可發展為彎月，這會影響所感測壓力的精確度，并因此影響所確定的空氣速度、高度，或其它所測量的流體動態特性的精確度。
[0007]這種常規的方法和系統對于其預期目的一般都被認為是令人滿意的。然而，對于推進最先進技術以在大氣數據探針的壁分接端口入口中減少濕氣彎月的形成仍然永遠存在需要。在本領域中也對價格低廉和易于制造和用于減少大氣數據探針的濕氣積聚的方法和系統仍然有需要。本發明提供了這些問題的解決方案。
發明概要
[0008]本主題發明涉及一種新的有用大氣數據探針。大氣數據探針包括探針頭。探針頭由向前尖端和尾部基座限定縱軸并包括被限定在向前尖端和尾部基座之間的探針頭中的壁分接端口入口。壁分接端口入口以相對于縱軸的角度打開，其中壁分接端口入口具有被配置為抗彎月形成或以其它方式減少濕氣引起的壓力誤差的長形入口邊界。
[0009]根據某些實施方案，長形入口邊界的形狀是淚滴形狀、跑道形狀、雞蛋形狀、多邊形形狀、橢圓形狀或任何其它合適的長形形狀。長形入口邊界可在平行于縱軸的方向上是長形的。長形入口邊界可在橫向平面內沿探針頭的表面是長形的，其中橫向平面垂直于縱軸。大氣數據探針可包括第一導管和沖擊端口，其中第一導管可將沖擊端口入口流體連接到第一出口固定具。大氣數據探針可包括第二導管，其將壁分接端口入口流體連接到第二出口固定具。壁分接端口入口可被配置為用于計算攻角、側滑角、靜態壓力，或任何其它適當的氣動特性。此外，大氣數據探針可以是皮托靜壓探針。
[0010]根據某些實施方案，壁分接端口入口的長形入口邊界具有第一方向上的第一尺寸和第二方向上的第二尺寸。第一和第二尺寸彼此垂直，且第一尺寸和第二尺寸不同，使得壁分接端口入口的長形入口邊界在平分探針頭的平面中沿探針頭的表面是長形的，且其中長形入口邊界的第一尺寸和第二尺寸之間的差被配置為抗彎月形成，或以其它方式減少濕氣引起的壓力誤差。
[0011]本發明還包括制造大氣數據探針的方法。所述方法包括形成探針頭，其中探針頭由向前尖端和尾部基座限定縱軸。所述方法還包括形成壁分接端口入口，其被限定在向前尖端和尾部基座之間的探針頭中。壁分接端口入口以相對于縱軸的角度打開。形成壁分接端口入口包括形成壁分接端口入口的長形入口邊界。可以上述任何形狀形成壁分接端口入口的長形入口邊界。形成壁分接端口入口的長形入口邊界可包括將端銑刀插入沖擊端口入口的探針頭尾部中并相對于探針頭移動端銑刀以形成壁分接端口入口的長形入口邊界。
[0012]根據優選實施方案的以下詳細描述并結合附圖，本主題發明的系統和方法的這些和其它特征對于本領域技術人員來說將變得更容易了解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]所以本主題發明所屬的本領域技術人員將很容易理解如何制作和使用本主題發明的裝置和方法，而無需過多的實驗，下面將參照某些圖對其優選實施方案進行詳細描述，其中:
[0014]圖1是根據本發明構造的大氣數據探針的示例性實施方案的透視圖，其示出安裝到飛機的探針；
[0015]圖2是圖1的大氣數據探針的橫截面圖，其示出從導管傳遞出探針；
[0016]圖3是現有技術的大氣數據探針的示意平面圖，其示出探針頭的部分和壁分接端口入口的圓形入口邊界；
[0017]圖4至圖13是大氣數據探針的示例性實施方案的示意平面圖，其示出根據本發明構造的探針頭的每個部分，其中每個實施方案具有不同抗彎月的壁分接端口入口形狀；
[0018]圖14是圖4的長形入口邊界的放大示意平面圖，其示出兩個尺寸之間的關系；和
[0019]圖15是圖4的大氣數據探針的平分橫截面圖，其示出長形入口邊界的長形平面。
【具體實施方式】
[0020]現在將參照附圖，其中類似參考符號標識本主題發明的類似結構特征或方面。為了解釋和說明而不是限制的目的，根據本發明的大氣數據探針的示例性實施方案的局部視圖示于圖1中且一般由參考字符100指示。根據本發明或其多個方面的大氣數據探針的其它實施方案提供在如將要描述的圖2和圖4至圖15中。
[0021]如圖1所描繪，大氣數據探針100包括具有從其延伸的探針頭102的支柱110。支柱Iio被優選地配置并調適為從飛機114的外皮向外延伸以允許大氣數據探針100氣動地測量飛機114外的所需空氣流動性質。大氣數據探針100包括位于支柱110下方的基板112，其用于將大氣數據探針100附接到飛機114。探針頭102由向前尖端101和尾部基座103限定縱軸A，并包括沿縱軸A打開的沖擊端口入口 104和被限定在向前尖端101和尾部基座103之間的探針頭102中的壁分接端口入口 106。壁分接端口入口 106以相對于縱軸A的角度(即垂直于縱軸A)打開。壁分接端口入口 106具有長形的非圓形入口邊界108。
[0022]本領域技術人員將很容易理解根據本發明構造的探針頭(例如探針頭102)不需要包括支柱110。例如，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，大氣數據探針(例如大氣數據探針100)可以是懸臂式探針，其中探針頭從飛機的前部延伸。此外，本領域技術人員將很容易理解沖擊端口入口(例如沖擊端口入口 104)不是必需的。例如，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，大氣數據探針(例如大氣數據探針100)可僅與壁分接端口入口(例如壁分接端口入口 106)—起使用。
[0023]繼續參照圖1，長形入口邊界108允許在干燥空氣條件下實現類似于傳統圓形入口的壓力精確度和噪聲性能，以及實現在大氣濕氣條件下改進性能。使用長形或非圓形的入口邊界可防止形成完整彎月，或僅允許微弱的彎月，從而減少濕氣跨壓力測量端口(諸如壁分接端口入口 106)形成阻塞，或當與干燥空氣測量相比以其它方式引起壓力誤差的能力。這將導致與具有傳統圓形端口開口的大氣數據探針相比大氣濕氣對大氣數據壓力讀取的影響減小。
[0024]現在參照圖2，大氣數據探針100包括從支柱110延伸的探針頭102。探針頭102具有入口 104和106，其分別與多個導管118和120連通。大氣數據探針100包括第一導管118，其將沖擊端口入口 104流體連接到第一出口固定具122 ;和第二導管120，其將壁分接端口入口 106流體連接到第二出口固定具124。入口 104和106被配置為用于空氣速度測量。然而，本領域技術人員將很容易理解在不脫離本發明的精神和范圍的情況下入口的任何合適組合都可用于測量皮托壓力、靜態壓力、攻角壓力、側滑角壓力或任何其它合適的氣動特性。此外，本領域技術人員也將理解大氣數據探針100可以是皮托靜壓探針。
[0025]現在參照圖4 到圖 13，探針頭 102、502、602、702、802、902、1002、1102、1202、1302分別包括壁分接端 口入口 106、506、606、706、806、906、1006、1106、1206、1306，其分別具有長形入 口邊界 108、508、608、708、808、908、1008、1108、1208、1308。如所描繪，長形入 口邊界108、508、608、708、808、908、1008、1108、1208、1308的形狀具有如下面將要詳細描述的淚滴形狀、跑道形狀、多邊形形狀或橢圓形狀。本領域技術人員將很容易理解這些形狀是示例性的，且在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可以使用任何合適的非圓形的形狀，諸如雞蛋形狀。
[0026]圖4到圖13所示的實施方案描繪了一些長形入口邊界形狀，但并不旨在窮舉所有可能的定向和尺寸。其它合適的形狀包括具有可變直徑、更小、較不長形、更長形、較大、橢圓形、可變定向、尖銳邊角、更圓角或這些特征的組合的長形入口邊界。
[0027]繼續參照圖4，長形入口邊界108在跑道形狀中在與縱軸A平行的方向上是長形的。壁分接端口入口 106位于探針頭102的非錐形表面上，使得長形入口邊界108的長形部處于與縱軸A平行的方向上。
[0028]現在參照圖14，長形入口邊界108具有第一方向上的第一尺寸Dl和第二方向上的第二尺寸D2。第一和第二尺寸D1、D2彼此垂直，且第一尺寸Dl和第二尺寸D2在長度上彼此不同。長形入口邊界108的第一尺寸Dl和第二尺寸D2之間的差被配置為抗彎月形成。[0029]如圖15所示，壁分接端口入口 106的長形入口邊界108在平分沖擊端口入口 104和探針頭102的平面B中沿探針頭102的表面是長形的。壁分接端口入口 106位于探針頭102的向前尖端101的錐形的探針頭102尾部的圓柱部分上。還可以預期，壁分接入口可位于如圖5到圖13中的探針頭的錐形部分上。本領域技術人員將很容易理解內側109可任選地是傾斜或錐形的。
[0030]現在參照圖5到圖10和圖12，長形入口邊界508、608、708、808、908、1008、1208每個都具有第一方向上的第一尺寸Dl和第二方向上的第二尺寸D2 (類似于上述的長形入口邊界108)，且被對準以由平分其各自沖擊端口的平面平分。本領域技術人員將很容易理解長形入口邊界108、508、608、708、808、908、1008、1108、1208和1308可沿探針表面在任意方向上被定向在探針頭102、502、602、702、802、902、1002、1102、1202和1302上。此外，長形入口邊界(例如長形入口邊界108)的尺寸Dl和D2可依賴于氣動性能要求而調節。
[0031]現在參照圖5，壁分接端口入口 506具有淚滴形狀的長形入口邊界508。本領域技術人員將很容易理解長形入口邊界508在尺寸上可變化為更長、更寬、更窄或更短的淚滴形狀。
[0032]參照圖6，壁分接端口入口 606具有跑道形狀的長形入口邊界608。長形入口邊界608類似于長形入口邊界108，然而，長形入口邊界608的跑道形狀比圖4的長形入口邊界108的跑道形狀成比例地更長和更窄。
[0033]現在參照圖7，壁分接端口入口 706具有跑道形狀的長形入口邊界708。長形入口邊界708類似于長形入口邊界608，然而，長形入口邊界708的跑道形狀比圖6的長形入口邊界608的跑道形狀成比例地更寬。
[0034]現在參照圖8，壁分接端口入口 806具有跑道形狀的長形入口邊界808。長形入口邊界808類似于長形入口邊界708，然而，長形入口邊界808的跑道形狀比圖7的長形入口邊界708的跑道形狀成比例地更長。
[0035]現在參照圖9，壁分接端口入口 906具有跑道形狀的長形入口邊界908。長形入口邊界908類似于上述長形入口邊界708，然而，長形入口邊界908的跑道形狀比圖7的長形入口邊界708的跑道形狀成比例地更寬。
[0036]現在參照圖10，壁分接端口入口 1006具有橢圓形狀的長形入口邊界1008。長形入口邊界1008是示例性的，且本領域技術人員將很容易理解長形入口邊界1008的橢圓形狀可在尺寸上成比例地變化。
[0037]現在參照圖11，長形入口邊界1108可在橫向平面C中沿探針頭1102的表面是長形的，其中橫向平面C垂直于縱軸A。長形入口邊界1108的跑道形狀類似于圖4所示的長形入口邊界108。然而，長形入口邊界1108被不同地定向并形成在探針頭1102的錐形表面上。本領域技術人員將很容易理解壁分接端口入口 1106在探針頭1102的錐形表面中的放置是示例性的，且在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，壁分接端口入口 1106在探針頭1102表面上的形成可變化。
[0038]現在參照圖12，壁分接端口入口 1206具有多邊形形狀的長形入口邊界1208。長形入口邊界1208是示例性的，且本領域技術人員將很容易理解長形入口邊界1208的多邊形形狀可在尺寸上成比例地變化，且在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可包括更多或更少側面。[0039]參照圖13，壁分接端口入口 1306的跑道形狀的長形邊界1308可在傾斜平面D中沿探針頭1302的表面是長形的，其中傾斜平面D被以相對于縱軸A的傾斜角定向。長形入口邊界1308的跑道形狀類似于圖6所示的長形入口邊界608。
[0040]本發明還包括制造大氣數據探針的方法。所述方法包括形成探針頭(例如探針頭102)，其中探針頭由向前尖端101和尾部基座103限定縱軸(例如縱軸A)。所述方法還包括形成壁分接端口入口(例如壁分接端口入口 106)，其被限定在向前尖端101和尾部基座101之間的探針頭中，使得壁分接端口入口以相對于縱軸的角度打開。形成壁分接端口入口包括形成壁分接端口入口的邊界，作為長形入口邊界(例如長形入口邊界108)。壁分接端口入口的長形入口邊界可以如上所述的合適的非圓形形狀形成，用于抗彎月形成。形成壁分接端口入口的長形入口邊界可包括將端銑刀插入向前尖端101和尾部基座103之間的探針頭中并相對于探針頭移動端銑刀以形成壁分接端口入口的長形入口邊界。本領域技術人員將很容易理解上述銑刀是示例性的，且其它合適的處理可用于形成壁分接端口入口，諸如EDM、激光切割、激光燒結、沖壓和水射流切割。
[0041]由于壁分接端口入口(例如壁分接端口入口 106)的長形入口邊界(例如長形入口邊界108)，可抵抗在壁分接端口入口中形成彎月。因此，根據示例性實施方案構造的大氣數據探針的最大壓力測量誤差大大低于根據當前最先進技術構造的大氣數據探針的最大壓力測量誤差。
[0042]如上所述和附圖中所示的本發明的方法和系統為壁分接端口入口的長形入口邊界提供優異性質，包括減少和抵抗在在壁分接端口入口中形成彎月。雖然已經參照優選實施方案示出和描述了本主題發明的裝置和方法，但是本領域技術人員很容易理解在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可對其進行更改和/或修改。
【權利要求】
1.一種大氣數據探針，其包括: 探針頭，所述探針頭由向前尖端和尾部基座限定縱軸；和 壁分接端口入口，其被限定在所述向前尖端和所述尾部基座之間的所述探針頭中，所述壁分接端口入口以相對于所述縱軸的角度打開，其中所述壁分接端口入口具有被配置為減少濕氣引起的壓力誤差的長形入口邊界。
2.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其中所述長形入口邊界的形狀選自由以下形狀組成的組: 淚滴形狀； 跑道形狀； 雞蛋形狀； 多邊形形狀；和 橢圓形狀。
3.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其中所述長形入口邊界在平行于所述縱軸的方向上是長形的。
4.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其中所述長形入口邊界在橫向平面內沿所述探針頭的表面是長形的，其中所述橫向平面垂直于所述縱軸。
5.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其還包括第一導管和沖擊端口，其中所述第一導管將所述沖擊端口入口流體連接到第一出口固定具。
6.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其還包括第二導管，其將所述壁分接端口入口流體連接到第二出口固定具。
7.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其中所述壁分接端口入口被配置為用于計算攻角。
8.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其中所述壁分接端口入口被配置為用于計算側滑角。
9.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其中所述壁分接端口入口被配置為用于測量靜態壓力。
10.根據權利要求1所述的大氣數據探針，其中所述大氣數據探針是皮托靜壓探針。
11.一種大氣數據探針，其包括: 探針頭，所述探針頭由向前尖端和尾部基座限定縱軸；和 壁分接端口入口，其被限定在所述向前尖端和所述尾部基座之間的所述探針頭中，所述壁分接端口入口以相對于所述縱軸的角度在所述探針頭的表面打開，其中所述壁分接端口入口的長形入口邊界具有第一方向上的第一尺寸和第二方向上的第二尺寸，其中所述第一和第二尺寸彼此垂直，且其中所述第一尺寸和所述第二尺寸不同，使得所述壁分接端口入口的所述長形入口邊界在平分所述探針頭的平面中沿所述探針頭的表面是長形的，且其中所述長形入口邊界的所述第一尺寸和所述第二尺寸之間的差被配置為減少濕氣引起的壓力誤差。
12.根據權利要求11所述的大氣數據探針，其中所述壁分接端口入口的所述長形入口邊界的形狀選自由以下形狀組成的組: 淚滴形狀；跑道形狀； 雞蛋形狀； 多邊形形狀；和 橢圓形狀。
13. 根據權利要求11所述的大氣數據探針，其還包括第一導管和沖擊端口，其中所述第一導管將所述沖擊端口入口流體連接到第一出口固定具。
14.根據權利要求11所述的大氣數據探針，其還包括第二導管，其將所述壁分接端口入口流體連接到第二出口固定具。
15.根據權利要求11所述的大氣數據探針，其中所述壁分接端口入口被配置為用于計算攻角。
16.根據權利要求11所述的大氣數據探針，其中所述壁分接端口入口被配置為用于計算側滑角。
17.根據權利要求11所述的大氣數據探針，其中所述壁分接端口入口被配置為用于測量靜態壓力。
18.—種制造大氣數據探針的方法，所述方法包括: 形成探針頭，所述探針頭由向前尖端和尾部基座限定縱軸；和 形成壁分接端口入口，其被限定在所述向前尖端和所述尾部基座之間的所述探針頭中，所述壁分接端口入口以相對于所述縱軸的角度打開，其中形成所述壁分接端口入口包括形成所述壁分接端口入口的長形入口邊界以具有第一方向上的第一尺寸和第二方向上的第二尺寸，其中所述第一和第二尺寸彼此垂直，且其中所述第一尺寸和所述第二尺寸不同，其中所述第一尺寸和所述第二尺寸之間的差被配置為減少濕氣引起的壓力誤差。
19.根據權利要求18所述的方法，其中形成所述壁分接端口入口的所述長形入口邊界包括以選自由以下形狀組成的組的形狀形成所述長形入口邊界: 淚滴形狀； 跑道形狀； 雞蛋形狀； 多邊形形狀；和 橢圓形狀。
20.根據權利要求18所述的方法，其中形成所述壁分接端口入口的所述長形入口邊界包括將端銑刀插入所述探針頭并相對于所述探針頭移動所述端銑刀以形成所述壁分接端口入口的所述長形入口邊界。
【文檔編號】G01L19/00GK103630289SQ201310366954
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2012年8月22日
【發明者】M.P.安德森, S.J.布勞恩, J.R.丹納 申請人:羅斯蒙特航天公司