專利名稱：用于測量流的總壓的設備及使用該設備的方法
用于測量流的總壓的設備及使用該設備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量流的總壓的設備。本發(fā)明還涉及使用按照本 發(fā)明的設備的方法。使飛行器飛行需要了解它的空速，即與涉及的風相關(guān) 的速度。該速度是利用傳感器確定的，這些傳感器感知靜壓Ps，總壓Pt，
迎角a和側(cè)滑角|3。 a和卩提供參照系統(tǒng)或參照框架內(nèi)與飛行器有關(guān)的速度 矢量的方向，Pt-Ps提供該速度矢量的系數(shù)(模數(shù))。因此四個空氣動力學參 數(shù)使得確定飛行器的速度矢量成為可能，而且附帶地，使所謂的"轉(zhuǎn)換" 型傾斜旋翼飛行器的速度矢量的確定成為可能。
總壓Pt通常使用稱作皮托(空速)管的管來測量。這是在其一端開口、 在另一端閉合的管。管的開口端基本面向流。
在皮托管內(nèi)部，靠近閉合端附近，設置有用于測量內(nèi)部氣壓的裝置。 位于管上游的氣流逐漸變慢，直到在管的入口處達到零速。空速的減慢使 氣壓增加。該增加的氣壓形成氣流的總壓Pt。
實際上，氣流會攜帶極易進入皮托管的固體或液體的顆粒并在管內(nèi)的 閉合端累積。為了避免這樣的破壞壓力測量的累積，所述閉合端通常具有 排出孔，任何顆粒都能通過該孔被去除。
顆粒和一些己經(jīng)進入皮托管的空氣都流過所述孔。因此，管內(nèi)空氣的 流動是不完全的而且總壓Pt的測量也被破壞。更具體地，為了避免大尺寸 顆粒的累積要做更多的努力，隨著排出孔的尺寸增加，總壓的測量越容易 被破壞。
相反，通過減小排出孔的尺寸，更多的努力被用于改善總壓Pt的測量， 但累積的顆粒要增多的風險就越大。
對于皮托管，因此有必要在總壓Pt的測量質(zhì)量和破壞測量的風險之間 取得折衷，所述風險是由測量處通過氣流攜帶的顆粒引起。
為了降低這種缺點的影響，要使用測量停滯點處總壓的探測器。更具 體地，該探測器從氣流使至少兩股氣流流出并使它們彼此接觸，以降低它 們的速度。測量在空氣被變慢的區(qū)域內(nèi)的壓力，而且該測量壓力給出流的
4總壓。象這樣的探測器在法國專利申請NO.FR2823846中被公開。
兩種類型的探測器，即皮托管和停滯點探測器，都不易受到同樣的阻 塞的危險。皮托管易受到小尺寸顆粒的影響，這些顆粒有可能阻塞排出孔。 停滯點管易受到大尺寸物體的影響，比如鳥，這些物體會阻塞流出氣流的 區(qū)域。
本發(fā)明的一個目的是通過提出兩種類型的管的組合來解決這個問題。 本發(fā)明的另一個目的是，提供一種冗余管，其中總壓的測量是通過利 用兩種不同的原理。那么，這就限制了任何普通模式的不足，這些不足會 負面地影響用同一原理操作的冗余管。
為此，本發(fā)明的主題是一種測量流的總壓的設備，它包括皮托管，其 特征在于，它還包括用來在停滯點處測量總壓的裝置和比較裝置，所述比 較裝置比較由皮托管測量的壓力和測量停滯點處總壓的裝置所測量的壓 力，所述皮托管和測量停滯點處總壓的裝置被連在一起，并沿著同一軸線 使氣流流出流。
本發(fā)明的另一主題是一種使用上述設備來測量流的總壓的方法，其特 征在于，它由下述組成 比較測量的壓力，
如果兩個測量壓力之間的差大于給定偏差，那么產(chǎn)生報警，明確只有 較高的壓力有很大的可能性作為正確的結(jié)果。
在閱讀借助附圖對一個示意性實施方式進行詳細說明的基礎上，本發(fā) 明會變得更容易理解，而且其它的優(yōu)點會變得明顯，其中


圖1是用來測量流的總壓的設備，其包括用來測量停滯點處總壓的裝
置；
圖2是用來測量流的總壓的設備，其包括皮托管以及甩來測量停滯點 處總壓的裝置，該測量總壓的設備相對于飛行器的外表面被固定； 圖3是圖2的設備被固定到沿著流的軸線自定向的翼； 圖4是執(zhí)行本發(fā)明的設備的方法的各個步驟。為了清晰起見，在各個圖中同樣的元件將采用同樣的參考序號。
圖1是用來測量總壓的設備，它的位置相對于所處的飛行器的外表面1
被固定。所述設備被固定到支柱2，而將它安裝到外表面l。所述設備包括 含有管道4的中空體3。該設備位于氣流中，氣流的方向由箭頭5表示。
幾股氣流在環(huán)面內(nèi)從流流出，沿著同一個管道4被引導。更具體地， 管道4包括基本與流方向5成直角敞開的上游端6。管道4具有圍繞軸線7 的基本管狀形狀。
管道4位于外圓柱壁8和內(nèi)圓柱壁9之間。這兩個壁沿著軸線7延伸。 在上游端6，內(nèi)圓柱壁9在成倒圓的端部IO處終止，使得進入管道4的氣 流被分離。圖1中描述的實施方式有利地展示了沿著氣流方向5繞軸線7 的旋轉(zhuǎn)對稱。
沿管道4流動的氣流的流由箭頭11標示。各個氣流沿著管道4流動， 并且為了在中空體3的區(qū)域12內(nèi)形成停滯點，在經(jīng)過至少一個下游孔離開 中空體3之前，彼此接觸。管道4再次圍繞區(qū)域12閉合，在區(qū)域12處各 個流過管道4的氣流相互接觸，于是它們的速度彼此減緩。
在所述實施方式中，中空體3包括兩個下游孔15和16。孔15位于外 壁8的延續(xù)部分中并允許氣流沿著軸線7的流方向5直接離開。孔16位于 內(nèi)壁9的延續(xù)部分中并允許氣流在與流方向5相反的方向離開區(qū)域12。離 開孔16的氣流在內(nèi)管道17內(nèi)混合，內(nèi)管道17部分位于支柱2內(nèi)并將氣流 排放到沿著與軸線7平行的軸線18的流中。
管21的入口 20位于區(qū)域12內(nèi)并在區(qū)域12內(nèi)形成測壓點。中空體3 被固定到支柱2，管21在支柱內(nèi)延伸。
區(qū)域12內(nèi)的氣壓代表流中的總壓Pt。管21在其第二端被連接到壓力 測量設備，比如壓力傳感器。該壓力傳感器位于飛行器內(nèi)部，這時管21從 中空體3的內(nèi)部伸出，沿著支柱2的內(nèi)部通過，直達飛行器的內(nèi)部。
在壁8和9之間形成的管道4相對于飛行器的外表面1處于固定位置。 同樣可能的是，管道4被固定到可動翼，從而當飛行器相對流的軸線7改 變路線時，提高管道與流的軸線7的對準性。
圖2是用來測量流的總壓的設備，其包括皮托管25和用于測量停滯點 處總壓的裝置。更具體地，它再次畫出了圖1所述設備的各個元件，以及
6具有排出流中的空氣的開口 26的皮托管25。所述開口 26位于管道4內(nèi)部。 皮托管25有利地包括排出孔，這在圖2中沒有畫出，該孔允許任何可能已 經(jīng)進入皮托管25的顆粒，比如流中存在的水滴，從管內(nèi)被排除。排出孔在 皮托管底部處開口并在內(nèi)管道17內(nèi)露出。
有利地，皮托管25的開口 26位于形成開口的上游端6的下游，該開 口也以序號6表示。用于測量停滯點處總壓的裝置的開口 6使得氣流從流 中排出。形容詞上游和下游限定為依據(jù)流的方向。皮托管25的開口 26位 于倒圓端10處的內(nèi)圓柱壁9上。在皮托管25內(nèi)的空氣流速遠遠地小于流 過管道4朝向區(qū)域12的氣流的空氣流速。結(jié)果，管道4內(nèi)部由于存在皮托 管25引起對測量停滯點處總壓的裝置的可忽略的破壞。另外，開口 26位 于開口 6下游的事實使得流被導向皮托管25的上游。這種引導改善了由皮 托管進行的總壓測量，即使流的軸線5與管道4的軸線7有角度偏離，比 如當靠近所述設備的流的局部影響范圍變化時。
有利地，皮托管25的開口26基本是圓形，并且以管道4的軸線7為 圓心。這樣設置的原因是為了保證所述設備良好地對稱，更具體地是保證 管道4內(nèi)的氣流流是對稱的。這種對稱對于保證區(qū)域12的良好位置是很重 要的。
管28的孔27位于皮托管25的封閉端，并有可能產(chǎn)生測壓點，用于測 量皮托管25的封閉端處的壓力。這個壓力對應流的總壓。管28在支柱2 內(nèi)部延伸。在區(qū)域12內(nèi)的測壓點及皮托管25的測壓點提供兩個有關(guān)流的 總壓的冗余信息項。這兩個信息項利用不同的原理來獲得， 一個利用皮托 管，另一個利用停滯點，因此它們不會受到同樣的錯誤風險。
所述設備還包括比較裝置，用于比較由皮托管25測量的壓力和由停滯 點處測量總壓的裝置測量的壓力。管21和28的每一個都具有位于飛行器 內(nèi)部的第二端，分別是30和31。以簡單的方式，利用兩個壓力傳感器，每 個傳感器位于所述端部30和31中的一個，有可能測量每個管21和28內(nèi) 的壓力。所述比較裝置將通過每個壓力傳感器獲得的值進行比較。
有利地，所述比較裝置包括壓差傳感器或流量計32，該傳感器或流量 計使得省略兩個壓力傳感器中的一個成為可能。
有利地，所述設備包括僅僅一個絕對壓力傳感器33，該傳感器測量在停滯點處用于測量總壓的裝置處的壓力。具體地，所述停滯點使得有可能
允許更大尺寸的顆粒進入管道4，而這些顆粒能被皮托管25允許，對總壓 的測量沒有任何偏差。因此，對于測量停滯點處總壓的裝置而言，出現(xiàn)阻 塞的危險要低。在降級的操作中，可以應付與測量停滯點處總壓的裝置相 關(guān)的傳感器33提供的測量。
圖2描述的是相對于飛行器的外表面1具有固定位置的設備，該設備 包括皮托管和用來測量停滯點處總壓的裝置。同樣可能的是，為了限制流 在局部范圍的變化對壓力測量的影響，將皮托管25和在停滯點處測量總壓 的裝置安裝在意圖沿著流的軸線5自定向的裝置上。
圖3是本發(fā)明的另一實施方式，其中中空體3相對于飛行器的外表面1 具有可移動的位置。如圖2所示的實施方式，布置在中空體3內(nèi)的是管道4 和區(qū)域12，它們構(gòu)成測量停滯點處總壓的裝置，以及皮托管25。中空體3 被固定到能繞軸線36移動的翼35。根據(jù)所述設備附近的流的局部影響范菌， 所述翼35意圖能夠在流中自定向。所述翼被固定到基本垂直于飛行器的外 表面1的軸37。比如為滾動接觸型的軸承38使所述軸37相對于飛行器的 外表面容易轉(zhuǎn)動，而同時在除了繞著軸線36進行旋轉(zhuǎn)的自由度以外具有多 個自由度的情況下將該軸承精確地定位。
當連接到管21和28的壓力傳感器32和33位于飛行器的外表面1的 內(nèi)部時，旋轉(zhuǎn)接頭(圖3沒有畫出) 一方面插在管21和28之間，另一方 面插在壓力傳感器32和33之間，都是有利的，從而將壓力傳感器32和33 相對于飛行器保持在固定位置。所述旋轉(zhuǎn)接頭可以體1L為傳統(tǒng)的鉸接方式。 通過在管21、 28和壓力傳感器32、 33之間插入柔性管而有利地得到所述 旋轉(zhuǎn)接頭，如本申請人公司提交的法國專利申請FR2847672所述。
有利地，所述設備包括加熱裝置，使它能在高海拔下在該設備的壁上 更具體在管道4或在皮托管25內(nèi)會形成冰的環(huán)境下工作，這些裝置比如包 括埋在圍繞管道4和皮托管25的探測器^1實心部分內(nèi)的耐熱元件。所述加 熱裝置既可以被用于相對于飛行器的外表面具有固定位置的設備，也可以 用于具有可移動位置的設備。在其位置可以移動的情況下，給耐熱元件供 電的電線穿過旋轉(zhuǎn)接頭。
圖4描述執(zhí)行本發(fā)明的設備的方法的各個步驟。第一步40是比較由兩個測壓點即與皮托管有關(guān)的測壓點和停滯點有關(guān) 的測壓點測量的壓力。換句話說，在兩個管21和28處測量的壓力之間做 出比較。該比較直接通過流量計或壓差傳感器32執(zhí)行。在使用流量計時， 壓力之間的差異取決于空氣的密度及其溫度。這兩個參數(shù)是通過位于所述 設備外面的其它探測器來確定。
第二步41是將在步驟40中獲得的差與給定偏差E作比較，該給定偏 差E取決于飛行器飛行的周期，即起飛、著陸或巡航飛行。在巡航飛行中， 給定偏差E的值取決于減小飛行器之間的垂直間隔是否正在實施，其英語 縮略詞RVSM為人熟知(即代表"最小垂直間隔")。如果所述差小于給定 偏差E，則步驟42認為兩個測量壓力都是正確的。另一方面，如果兩個測 量壓力之間的差大于給定偏差E，則步驟43涉及給飛行器的飛行員報警， 指示只有較高的壓力有更大的正確可能性。接著，在步驟44中，宣布較低 的壓力測量值無效，保留較高的壓力測量值。
在總壓測量設備中實際發(fā)生的是，發(fā)生故障的最可能的原因是通向區(qū) 域12的管道4的阻塞或者皮托管25的阻塞。這樣的阻塞導致壓力測量值 接近流的靜態(tài)壓力，因此壓力測量值小于總壓。宣布一個測量值無效使得 有可能產(chǎn)生報警，目的是給操縱者比如飛行員和飛行器的地面工作人員警
告
在設備包括壓差傳感器32和絕對傳感器33的情況中，如果由傳感器 33測量的值被宣布無效，則為了獲得在管28的端部31處測量的值，即使 該測量值已經(jīng)被宣布無效，也將傳感器33取得的測量值加到從壓差傳感器 32獲得的測量值上。
如果管道4和皮托管25都同時被阻塞，例如在設備與鳥互撞的情況下， 兩個壓力測量值都被宣布無效。這一情景能夠通過測量的壓力值突然變動 來檢測。這樣的變動在正常的飛行條件下是不可能的，因此應被理解為指 示整個設備出現(xiàn)故障。
權(quán)利要求
1、一種用于測量流的總壓(Pt)的設備，包括皮托管(25)，其特征在于，所述設備還包括用于測量停滯點處總壓的裝置(4，12)以及比較裝置(32，33)，所述比較裝置比較由皮托管(25)測量的壓力和測量停滯點處總壓的裝置(4，12)所測量的壓力，所述皮托管(25)和測量停滯點處總壓的裝置(4，12)被連在一起，并沿著同一軸線(7)使氣流排出所述流。
2、 如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述用于測量停滯點處總 壓的裝置包括基本管狀的管道(4)和區(qū)域(12)，所述管道(4)相對于流 的軸線(5)基本成直角地開口以將氣流從所述流中排出，流過管道(4) 的各個氣流在所述區(qū)域(12)中接觸以便彼此減速，所述皮托管(25)包 括用于將空氣從流中排出的開口 (26)，而且所述開口 (26)位于所述管道(4)內(nèi)部。
3、 如權(quán)利要求2所述的設備，其特征在于，所述皮托管(25)的開口 (26)位于所述用于測量停滯點處總壓的裝置之開口 (6)的下游，所述裝置的開口 (6)使得氣流從所述流中排出。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的設備，其特征在于，管道(4)的基本管 狀形狀圍繞軸線(7)展開，而且所述皮托管(25)的開口 (26)基本是圓 形的并以所述管道(4)的軸線(7)為中心。
5、 如前述任一個權(quán)利要求所述的設備，其特征在于，用于比較由皮托 管(25)獲得的壓力和由用于測量停滯點處總壓的裝置(4， 12)獲得的壓 力的所述比較裝置包括壓差傳感器或流量計(32)。
6、 如前任一個權(quán)利要求所述的設備，其特征在于，所述設備包括僅一 單個的絕對壓力傳感器(33)，該傳感器測量在用于測量停滯點處總壓的裝 置(4， 12)處的壓力。
7、 如前任一個權(quán)利要求所述的設備，其特征在于，所述皮托管(25) 和所述測量停滯點處總壓的裝置(4， 12)相對于飛行器的外表面(1)占據(jù)固定的位置。
8、 如權(quán)利要求l-6任一個所述的設備，其特征在于，所述皮托管(25) 和所述用于測量停滯點處總壓的裝置(4， 12)被固定到欲沿著流的軸線(5) 自定向的裝置(35， 36, 37， 38)。
9、 一種使用按照前面任一權(quán)利要求的設備來測量流的總壓的方法，其 特征在于，其具有下列步驟比較所測量的壓力(40)，如果兩個測量的壓力之間的差大于給定偏差(E)，則產(chǎn)生報警(43)， 指示只有較高的壓力具有良好的正確可能性。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在已經(jīng)產(chǎn)生報警后，宣 布較低的壓力測量值無效(44)，保留較高的壓力測量值。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量流的總壓的方法和設備。按照本發(fā)明，所述設備包括皮托管(25)、用于測量流體停滯點處總壓的裝置(4，12)和比較裝置，所述比較裝置用于比較由皮托管(25)測量的壓力和由所述用于測量流體停滯點處總壓的裝置(4，12)測量的壓力，所述皮托管(25)和所述測量流體停滯點處總壓的裝置(4，12)被連接在一起并從沿著同一軸線(7)的流中取樣空氣流。使用所述設備的方法包括比較所測量的壓力，如果兩個測量的壓力之間的差大于預定偏差，則產(chǎn)生報警，指示只有較高的壓力才可能正確。
文檔編號G01P13/02GK101558315SQ200780046509
公開日2009年10月14日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者J·舒瓦內(nèi) 申請人:塔萊斯公司