(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機における使用に適した空気温度センサを提供する。【解決手段】航空機における使用に適した空気温度センサ１０は、上面および下面を含むエーロフォイル部分１４を画定するエーロフォイル断面を少なくとも一部に伴うハウジング１２と、前記エーロフォイル部分の内部に位置する温度センサ２０と、前記下面に入口を有し、前記温度センサまで延在して、前記下面に沿って流れる空気から導かれた空気を前記温度センサに接触させるための空気流路とを備え、前記入口および前記下面の接合部により形成される移行部は、前記下面に沿う空気流に誘引される液体が前記温度センサに到達することを防止することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機における使用に適した空気温度センサであって、
上面および下面を含むエーロフォイル部分を画定するエーロフォイル断面を少なくとも一部に伴うハウジングと、
前記エーロフォイル部分の内部に位置する温度センサと、
前記下面に入口を有し、前記温度センサまで延在して、前記下面に沿って流れる空気から導かれた空気を前記温度センサに接触させるための空気流路と
を備え、
前記入口および前記下面の接合部により形成される移行部は、前記下面に沿う空気流に誘引される液体が前記温度センサに到達することを防止する、
空気温度センサ。
【請求項２】
前記接合部の形状が、前記空気流は曲がることができるが、前記誘引される液体は曲がることができない角度を画定し、そのことによって、前記誘引される液体が前記導かれた空気に追随しない、請求項１記載の空気温度センサ。
【請求項３】
前記角度が約５３度である、請求項２記載の空気温度センサ。
【請求項４】
前記空気流路が、前記上面に出口を伴って、前記エーロフォイル部分を貫通して延在する、請求項２記載の空気温度センサ。
【請求項５】
前記温度センサを少なくとも部分的に取り囲む鞘部をさらに備える、請求項４記載の空気温度センサ。
【請求項６】
前記鞘部が、前記導かれた空気が前記温度センサに接触する入口開口部を備える、請求項５記載の空気温度センサ。
【請求項７】
前記エーロフォイル部分の内部に位置する加熱要素をさらに備え、前記鞘部が、前記加熱要素からの熱から前記温度センサを保護する、請求項５記載の空気温度センサ。
【請求項８】
前記エーロフォイル部分の内部に、前記空気流路の両側に位置する、２つの加熱要素が存在する、請求項７記載の空気温度センサ。
【請求項９】
前記エーロフォイル部分を貫通して延在する通路をさらに備え、前記通路が、前記空気流路を画定する、請求項１記載の空気温度センサ。
【請求項１０】
前記通路が、前記エーロフォイル部分の外面に位置する出口を有する、請求項９記載の空気温度センサ。
【請求項１１】
前記出口が、前記上面に設けられる、請求項１０記載の空気温度センサ。
【請求項１２】
前記温度センサを少なくとも部分的に取り囲む鞘部をさらに備える、請求項１記載の空気温度センサ。
【請求項１３】
前記鞘部は、前記導かれた空気が前記温度センサに接触する入口開口部を備える、請求項１２記載の空気温度センサ。
【請求項１４】
前記鞘部が、前記温度センサの周辺によどみ区域を画定する、請求項１３記載の空気温度センサ。
【請求項１５】
前記エーロフォイル部分の内部に位置する加熱要素をさらに備える、請求項１記載の空気温度センサ。
【請求項１６】
前記エーロフォイル部分の内部に、前記空気流路の両側に位置する、２つの加熱要素が存在する、請求項１５記載の空気温度センサ。
【請求項１７】
前記加熱要素からの熱から前記温度センサを保護する熱シールドをさらに備える、請求項１５記載の空気温度センサ。
【請求項１８】
前記下面に沿って前記入口の上流側に位置するドリップガードをさらに備える、請求項１記載の空気温度センサ。
【請求項１９】
前記エーロフォイル部分が、非対称の断面を有する、請求項１記載の空気温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気温度を決定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
全空気温度は、航空学で一般に使用される用語である。他の用途では、それを、よどみ点温度と呼ぶ。全空気温度は、航空機の表面またはタービンエンジンの内壁に装着される、特別に設計された温度プローブにより測定される。プローブは、航空機に対して空気を静止させるように設計される。空気が静止されると、空気は、温度の断熱上昇を受ける。したがって、全空気温度は、静空気温度より高い。全空気温度は、静空気温度、ひいては真対気速度を算出するために不可欠な入力データである。全空気温度プローブは、ジェットエンジンの前部に装着されることが多いので、高いマッハ数および着氷状態、ならびに水分および細片を含む、悪条件にさらされることが多く、温度プローブにより提供される読取り値に影響を与える場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態では、航空機における使用に適した空気温度センサが、上面および下面を有するエーロフォイル部分を画定するエーロフォイル断面を少なくとも一部に伴うハウジングと、エーロフォイル部分の内部に位置する温度センサと、下面に入口を有し、温度センサまで延在して、下面に沿って流れる空気から導かれた空気を空気温度センサに接触させるための空気流路とを含み、入口および下面の接合部により形成される移行部は、下面に沿う空気流に誘引される液体が温度センサに到達することを防止する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の実施形態による空気温度センサを例示する斜視図である。
【図２】図１の空気温度センサを例示する断面図である。
【図３】図１の空気温度センサの周囲の空気の流れを例示する断面図である。
【図４】図１の空気温度センサにより生成される例示的な速度プロファイルを例示する断面図である。
【図５】図１の空気温度センサにより除氷中に生成される例示的な温度帯域を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
図１は、本発明の一実施形態による空気温度センサ１０を例示する。空気温度センサ１０のハウジング１２が、エーロフォイル部分１４を画定するエーロフォイル断面を一部に伴うように例示されている。エーロフォイル部分１４は、上面１６および下面１８を含む。温度センサ２０が、エーロフォイル部分１４の内部に位置する。温度計または抵抗温度デバイスの検知素子用の温度センサハウジング２２を含むことになる温度センサ２０は、温度センサハウジング２２のそばを通過する流体の温度を検知することができる。
【０００６】
空気温度センサ１０は、全空気温度センサであり得るとともに、航空機またはジェットエンジン（図示せず）における使用に適したものであり得る。ハウジング１２は、例えば胴体における航空機の外表面に、または航空機のジェットエンジンの内面において装着され得る。ハウジング１２は、航空機の運転中にその形態を維持可能にできるステンレス鋼およびニッケル合金を非限定的な例として含む任意の適した材料で作製され得る。ハウジング１２は、空気温度センサ１０を、航空機またはジェットエンジンに、適した様式で装着するためのフランジ３０を含み得る。コネクタ３２が、エーロフォイル部分１４と反対側でフランジ３０にはめ込まれているように例示されている。コネクタ３２は、空気温度センサ１０への、および空気温度センサ１０からの、電気接続部３６用の経路を提供する任意の導管３４を含み得る。電気接続部３６は、空気温度センサ１０を、電源に、空気温度センサ１０により出力される信号を処理し得る電子デバイス、およびコントローラに、動作可能に結合し得る。
【０００７】
図２は、エーロフォイル部分１４が、非対称の断面を有することを、より明確に例示する。エーロフォイル部分１４の非対称の断面は、単に例示目的のためのものであるということ、および、エーロフォイル部分１４を形成するために代替の非対称の断面が使用されてもよく、また対称の断面が使用されてもよいということが理解されるであろう。エーロフォイル部分１４を第１のエーロフォイル部分４０および第２のエーロフォイル部分４２に分離する通路４４が、エーロフォイル部分１４の中に設けられる。通路４４は、エーロフォイル部分１４の下面１８に入口４６を有し、エーロフォイル部分１４を貫通して延在する。そのような通路４４は、温度センサ２０まで延在して空気を温度センサ２０に接触させるように導く、空気温度センサ１０内の空気流路を画定する。通路４４は、エーロフォイル部分１４の外面５０に位置する出口４８を有する。出口４８は、例示するエーロフォイル部分１４の上面１６に設けられ得る。
【０００８】
鞘部５２が、通路４４の内部に位置している場合があり、温度センサ２０を部分的に取り囲むように図示されている。鞘部５２は、通路４４内の導かれた空気が温度センサ２０に接触し得る入口開口部５４、および出口開口部５６を含む。入口開口部５４および出口開口部５６は、温度センサハウジング２２の周囲の空気流をよどませるような形で構成される。鞘部５２は、任意の適した形で成形され得るとともに、通路４４および温度センサ２０に対して任意の適した形で方向付けされ得る。通路４４および鞘部５２は、温度センサ２０による全空気温度の読取り値を提供する、温度センサ２０の周辺の空気流のよどみ領域を形成するように機能する。
【０００９】
加熱要素が、エーロフォイル部分１４の内部に位置する場合があり、第１の加熱要素６０と第２の加熱要素６２の両方が例示されている。第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６２は、エーロフォイル部分１４の内部に、通路４４および空気流路の両側に位置する。第１の加熱要素６０は、第１のエーロフォイル部分４０の内部に埋め込まれているように例示され、第２の加熱要素６２は、第２のエーロフォイル部分４２の内部に埋め込まれているように例示される。第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６２は、空気温度センサ１０が着氷状態にさらされる場合に、空気温度センサ１０を除氷する除氷ヒータとして使用され得る。第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６２は、低ワット数、低伝熱のカートリッジヒータを含む、任意の適したタイプの加熱要素であり得る。第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６２は、空気温度センサ１０の大きな部分、または空気温度センサ１０のより小さな部分を除氷するために使用され得ることが理解されよう。
【００１０】
図３では、空気温度センサ１０の周囲の流体の流れ、ならびに空気温度センサ１０内の通路４４を通る空気流路を例示するために、一連の矢印を使用する。空気温度センサ１０内の空気流路は、下面１８に入口を有し、上面１６上の出口まで、エーロフォイル部分１４を貫通して延在する。空気流路は、温度センサ２０まで延在して、下面１８に沿って流れる空気から導かれた空気を温度センサ２０に接触させる。入口４６および下面１８の接合部により形成される移行部７０が、下面１８に沿う空気流に誘引される液体が温度センサ２０に到達することを防止する。接合部の形状が、空気流は曲がることができるが、誘引される液体は曲がることができない角度７１を画定し、そのことによって、誘引される液体は導かれた空気に追随しない。任意の適した角度７１が使用可能であり、そのような角度７１は、エーロフォイル部分１４の形状に応じて変動し得る。例示するエーロフォイル部分１４に関しては、空気流が通路４４に入るために曲がらなければならない角度７１は、基準線Ｒによって例示する入来流路に対して約５３度である。ドリップガード（ｄｒｉｐ  ｇｕａｒｄ）７２が、下面１８に沿って入口４６の上流側に位置する場合があり、それによって、下面１８に沿って進行するいかなる液体も、通路４４および温度センサ２０から追い出されることになる。ドリップガード７２は、任意の適した形で形成され得るものであり、本質的には入口４６から水分を逃す働きをする。
【００１１】
動作中、エーロフォイル部分１４は、エーロフォイル部分１４の下面１８に高圧領域を、およびエーロフォイル部分１４の上面１６に低圧領域を発生させることにより機能する。通路４４は、低圧領域を高圧領域と連結する。通路４４は、空気を、エーロフォイル部分１４の高圧側からエーロフォイル部分１４の低圧側に導く。通路４４は、入来の流れに対してある角度で位置するので、エーロフォイル部分１４により発生する圧力差によって、空気の流れは、通路４４および鞘部５２に入る前に、その角度で曲がることを強いられ、それによって、水分を空気の流れから除去する。空気分子は質量が小さいので、より容易に方向を変更して通路４４に入ることができ、一方で、水分子は、比較的質量が大きく、同じように曲がって通路４４に入ることができない。このようにして、空気に誘引される水分は、通路４４に入る空気の流れから取り除かれる。
【００１２】
このように、空気は、通路４４の入口４６に流れ、温度センサ２０のそばを通過することができる。温度センサ２０は、電気接続部３６を通って適切なコントローラまたはコンピュータに送出され得る、空気の温度の関数としての電気信号を生ずる。その後、通路４４内の空気は、出口４８を通って出る。
【００１３】
より具体的には、空気が通路４４を通って移動する際、入口４６に入る空気の一部分が出口４８を出る一方で、空気の別の部分が鞘部５２に入る。空気は、入口開口部５４を通って鞘部５２に入る。入口開口部５４は、空気流の速度を低減し、温度は分子速度の関数であるので、空気の速度を低減することによって、温度センサ２０が、静温度と比較してより全温度に近づいて読み取るようになり、温度センサ２０が、高いマッハ数で空気の真温度を読み取ることが可能になる。
【００１４】
ほんの一例として、動作中に実現され得る速度プロファイルが、図４に概略的に例示されている。わかるように、温度センサ２０の付近の速度は、自由流れの速度プロファイルと比較して約２５０％低減され、温度センサ２０が全温度を検知することを可能にするよどみ点をもたらす。鞘部５２がさらに、温度センサ２０の周囲に使用可能な面を増大させ、より正確な読取り値を可能にする、温度センサ２０の周辺のよどみ区域を本質的に画定する。
【００１５】
第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６２の動作中、ハウジング１２のエーロフォイル部分１４の外面５０は、第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６２が多量の熱エネルギーを発生させ得るので、非常に熱くなる場合がある。熱エネルギーは、ハウジング１２のエーロフォイル部分１４の温度を上げ、ハウジング１２のエーロフォイル部分１４の前縁部に氷が蓄積することを防止する。これによって、ハウジング１２のエーロフォイル部分１４に触れる空気の温度が、空気温度センサ１０を包囲する空気の流れより暖かくなり得る。暖められた空気はさらに、通路４４を通るように強いられることになり、暖められた空気が温度センサ２０に到達した場合、それによって、温度センサ２０は、自由流れの空気の温度ではなく、暖かい空気の温度を読み取ることになり、これは一般に、除氷誤差（ｄｅ−ｉｃｉｎｇ  ｅｒｒｏｒ）として知られている。
【００１６】
鞘部５２は、第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６２からの熱から温度センサ２０を保護し、検知誤差を低減する熱シールドとして働き得る。鞘部５２は、暖められた空気を温度センサ２０から遠ざけ、暖められた空気が温度センサハウジング２２に到達することを防止し、除氷誤差を低減する。ほんの一例として、第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６２が動作している状態での、動作中に実現され得る温度帯域が、図５に概略的に例示されている。帯域は、ハウジング１２のエーロフォイル部分１４の外面５０から空気に、対流を通じて伝達される熱エネルギーが、温度センサハウジング２２に到達しないこと、および、除氷動作が、測定される空気の温度にほとんど影響を与えないことを明示する。
【００１７】
上記で説明した実施形態は、悪い気象条件にかかわらず、正確な全温度の読取り値を提供する能力を含む種々の利点を提供する。この実施形態は、水分が温度センサに到達することを防止し、温度センサに接触する空気の速度を低減し、除氷誤差から温度センサを保護することにより、正確な温度の読取り値を提供する。これによって、温度センサの読取り値の精度が向上する。空気の温度がより正確に知られれば知られるほど、エンジン内の流れの状態がより良く理解される。これによって、エンジンは、運転間隔の間に、より長く稼働し、燃料の節約量が増大する。
【００１８】
この記述した説明では、最良の形態を含めて、本発明を開示するために、さらに、任意のデバイスまたはシステムを作製し使用すること、および任意の組み込まれた方法を遂行することを含めて、任意の当業者が本発明を実践することを可能にするために、例を使用する。本発明の特許的な範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが、特許請求の範囲の文字通りの文言と異ならない構造要素を有するならば、または、それらが、特許請求の範囲の文字通りの文言と実質的な違いのない等価の構造要素を含むならば、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００１９】
１０  空気温度センサ
１２  ハウジング
１４  エーロフォイル部分
１６  上面
１８  下面
２０  温度センサ
２２  温度センサハウジング
３０  フランジ
３２  コネクタ
３４  導管
３６  電気接続部
４０  第１のエーロフォイル部分
４２  第２のエーロフォイル部分
４４  通路
４６  入口
４８  出口
５０  外面
５２  鞘部
５４  入口開口部
５６  出口開口部
６０  第１の加熱要素
６２  第２の加熱要素
７０  移行部
７１  角度
７２  ドリップガード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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