DE2832492A1

DE2832492A1 - Messkopf fuer die bestimmung des fluidstroemungsdruckes

Info

Publication number: DE2832492A1
Application number: DE19782832492
Authority: DE
Inventors: Ronald Keith Proctor
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-07-24
Publication date: 1979-02-08
Also published as: FR2399027B1; IT7868762A0; US4182174A; IT1160442B; FR2399027A1; DE2832492C2

Description

ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMIT£D_S Chelmsford, Essex, England

Meßkopf für die Bestimmung des Fluidstromungsdruckes

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf für die Bestimmung des Fluidstromungsdruckes mit einem schwenkbaren Staurohr, das in der Strömung angeordnet ist' und sich in Richtung der Fluidströmurig ausrichtet.

Eine Anwendung findet ein derartiger Meßkopf in einer Vorrichtung zur Messung der Hubschrauber-Fluggeschwindigkeit, wie dies in dem GB-Patent Nr. 1 181 669 beschrieben ist. Für diese Anwendung ist das Staurohr bzw. das Pitot'sehe Rohr unterhalb des Hubschrauberrotors im Luftabstrom des Rotors befestigt. Um die Berechnung der Fluggeschwindigkeit zu ermöglichen, ist es erforderlich, daß der Strömungsdruck am Staurohr und die Winkelposition des Staurohrs an geeignete Meßeinrichtungen übertragen werden. Für eine zufriedenstellende Betriebsweise ist es notwendig, daß der Reibungswiderstand für das Schwenken des Staurohres so niedrig als möglich ist, so daß das Staurohr genau mit der Richtung der Luftströmung/auch bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten, ausgerichtet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Meßkopf für den Strömungsdruck mit einem schwenkbaren Staurohr zu schaffen, bei dem diese Forderungen in einfacher und wirtschaftlicher Weise erfüllt sind, keine Dichtungsprobleme infolge von gegeneinander bewegten Teilen auftreten und eine höhere Meßgenauigkeit als mit bekannten Meßköpfen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Staurohr an einem Drehgelenk befestigt ist? das einen

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ersten Hohlkörper umfaßt, in den sich ein Hohlzapfen von einem zweiten Hohlkörper des Drehgelenks aus erstreckt, wobei das Staurohr an dem zweiten Hohlkörper so angebracht ist, daß der erste Hohlkörper und das Staurohr zueinander eine Winkelbewegung um die Achse des Hohlzapfens ausführen können, daß ein Hohlschaft sich längs dem Inneren eines röhrenförmigen Vorsprungs des ersten Hohlkörpers erstreckt, daß eine Kupplung zwischen dem Hohlzapfen und dem Hohlschaft die Winkelbe·^ wegung des Staurohrs in bezug auf den ersten Hohlkörper um die Achse in eine Drehbewegung des Hohlschafts gegenüber dem rohrförmigen Vorsprung umwandelt, und daß eine biegsame Rohrverbindung zwischen dem Hohlzapfen und dem Schaft einen ersten Durchgang durch das Drehgelenk hindurch für die Übertragung des Strömungsdruckes von dem Staurohr aus bildet.

In bevorzugter Weise besitzt die Kupplung zwischen dem Hohlzapfen und dem Hohlschaft ein Antriebsverhältnis 1 : 1 und umfaßt ein Kegelradgetriebe.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der rohrförmige Vorsprung drehbar innerhalb eines äußeren rohrförmigen Teils angeordnet, so daß die Winkelbewegung des zweiten Hohlkörpers und somit des Staurohrs um die Achse des äußeren rohrförmigen Teils eine entsprechende Drehbewegung des rohrförmigen Vorsprungs in bezug auf den äußeren Teil erzeugt.

Der äußere rohrförmige Teil wird üblicherweise als ein Stützelement für die Befestigung des Meßkopfes in der Fluidströmung verwendet.

In dem Meßkopf ist ein zweiter Durchgang für die übertragung des Strömungsdruckes durch das Drehgelenk vorgesehen, der durch das Innere des ersten Hohlkörpers des Drehgelenks und den ringförmigen Raum zwischen dem Hohlschaft und dem rohrförmigen Vorsprung hindurchführt. Der zweite Durchgang erstreckt sich von dem Inneren des ersten Hohlkörpers in Richtung des Staurohrs durch das Innere eines zweiten-Hohl-

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zapfens/ der von dem zweiten Hohlkörper innerhalb des ersten Hohlkörpers koaxial mit dem. ersten Hohlzapfen verläuft.

Der zweite Durchgang dient zweckmäßigerweise dazu_r den statischen Strömungsdruck von dem Staurohr zu übertragen.

Der Meßkopf nach der Erfindung findet vor allem Anwendung in Einrichtungen zur Messung der Fluggeschwindigkeit von Hubschraubern.

Mit der Erfindung werden die vorteile erzielt, daß in einem derartigen Druckmeßkdpf die übertragung des Staurohr-Drucks durch das Drehgelenk über eine flexible rohrförmige Verbindung zwischen Teilen, die miteinander sich drehen/ die Notwendigkeit für große dynamische Schaftdichturigen, O-Ringen oder dergleichen beendet, so daß geringere Reibungskräfte auftreten und eine größere Meßgenauigkeit erhalten -wird, als dies mit bekannten Meßköpfen möglich ist. Des weiteren kann_r eine größere Betriebssicherheit erreicht werden, da die flexible rohrförmige Verbindung keinem Verschluß und keinen Sickerverlusten ausgesetzt ist, die Schwierigkeiten ergeben, die im allgemeinen bei der Notwendigkeit zur Verwendung von großen dynamischen Dichtungen auftreten. Des weiteren wird der Vorteil erzielt, daß die Verwendung von derartigen Elementen, die den Strömungsdruck übertragen/ es auch ermöglicht, eine Anzeige der Winkelposition des Staurohrs zu übertragen, was zu einer großen Vereinfachung - in der Konstruktion des Meß- . kopfes führt.

Im folgenden wird ein Meßkopf nach der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigens

Figur 1 - eine perspektivische Ansicht des Druck-Meßkopfes, Figur 2 - eine perspektivische Ansicht eines Drehgelenks in

dem Meßkdpf,
Figur 3 - eine Seitenansicht des Drehgelenks, und

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Figur 4 - eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Meßkopfes, die das Drehgelenk im Schnitt wiedergibt.

Der in den Zeichnungen dargestellte Meßköpf bildet einen Teil einer Vorrichtung zur Messung der Fluggeschwindigkeit eines Hubschraubers. Der Kopf umfaßt einen äußeren rohr— ■ förmigen Stützteil 13, der in allen Figuren mit Ausnahme von Figur 2 zu sehen ist, in welcher er aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit weggelassen wurde. Mit Hilfe des Teils 13 ist der Meßkopf am Hubschrauber unterhalb des Hubschrauberrotors in dessen.Abwindbereich angebracht. Ein Druckmeß- oder Staurohr 17, auch als Pitot'sches Rohr bezeichnet, ist an dem Trägerteil 13 mittels eines Drehgelenks 15 befestigt. Der Meßkopf umfaßt des weiteren einen schwanzförmigen Teil 19, der eine Ausrichturigs-Anordnurig 21., ähnlich einer Wetterhahn—Anordnung, trägt, auf welche der Rotorabwind einwirkt, um'zu bewirken, daß das Staurohr 17 in Richtung der Luftströmung im Abwindbereich ausgerichtet wird.

Das Drehgelenk 15 umfaßt einen ersten Hohlkörper und einen zweiten Hohlkörper 25, die gelenkig miteinander verbunden sind. Der Hohlkörper 23 besteht aus einem Hohlkörperteil 27 und einem rohrförmigen Vorsprung 29, der sich von dem Körperteil 27 nach außen erstreckt, wobei das Innere 35 des Vorsprurigs 29 mit dem Inneren des Körperteils 27 verbunden ist. Das Staurohr 17 ist auf dem zweiten Hohlkörper 25 befestigt. .

Die zwei miteinander gelenkig verbundenen Hohlkör— per 23 und 25 sind mittels Hohlzapfen 31 und 32 miteinander gekoppelt, die Teile des Hohlkörpers 25 sind und sich axial . in den gegenüberliegenden Enden des Körperteils 27 des Hohl-: körpers 23 erstrecken und.in Lagern 59 abgestützt sind. Die Hohlkörper 23 und 25 und somit das Staurohr 17 und der Hohlkörper 23 können eine relative Winkelbewegurig um die Achse A-A der beiden Hohlzapfen 31, 32 ausführen.

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Ein röhrenförmiger Hohlschaft 33, der in Lagern abgestützt ist, erstreckt sich in Längsrichtung koaxial im Inneren 35 des rohrförmigen Vorsprungs 29. Eine Kupplung 37 zwischen dem Schaft 33 und dem Hohlzapfen 31 umfaßt ein Kegelradgetriebe 43, 45, das ein Antriebsverhältnis .1 ; 1 besitzt und dazu dient, die Winkelbewegung des Hohlkörpers 25 und damit des Staurohrs 17 um die Achse A-A in eine Drehbewegung des Schaftes 33 relativ zu dem rohrförmigen Teil 29 umzuwandeln.

Der rohrförmige Teil bzw. Vorsprung 29 wird durch Lager 39 abgestützt und verläuft koaxial innerhalb des äuße~ ren rohrförmigen Stützteils 13, so daß die Hohlkörper 23 und 25 und damit das Staurohr 17 frei miteinander um die Achse B-B des Teils 13 sich drehen können.

Es ist ersichtlich, daß die Drehung des Staurohrs 17 und der Hohlkörper 23 und 25 um die Achse B-B kein Anlaß dafür ist, daß irgendeine relative Winkelbewegung zwischen dem Schaft 33 und dem rohrförmigen Vorsprung 29 auftritt.

Die relative Drehbewegung zwischen dem Schaft 33 und dem rohrförmigen Vorsprung 29 und ebenso die relative Drehbewegung zwischen den Teilen 29 und 13 werden durch geeignete Drehmeß- oder andere Meßeinrichtungen für eine Winkelverschiebung, die nicht gezeigt sind, festgestellt. Auf diese. Weise werden elektrische Signale erhalten, die die Position des Hohlkörpers 25 und damit des Staurohrs in bezug auf die Achsen A-A und B-B wiedergeben, wobei.diese Signale dazu verwendet werden, - die Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers in bekannter Weise zu berechnen. Diese Meßeinrichtungen sind in einem zylindrischen Gehäuse 61 untergebracht, das, wie in Figur 1 gezeigt, am äußeren Stützteil 13 befestigt ist.

Das Staurohr 17 mißt sowohl den Pitot'sehen als auch den statischen Luft- bzw. Strömungsdruck. Hierzu besitzt das Staurohr.17, wie dies üblich ist, ein nicht sichtbares

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zentralesRohr zur Messung des Pitot'sehen Drucks und ein äußeresRöhr· zum Messen des statischen Drucks, das mit dem zentralen Röhr einen ringförmigen Durchgang definiert, der durch die Seite des äußeren Rohrs mit der Atmosphäre durch öffnungen verbunden ist, die so ausgelegt und positioniert sind, daß sie nicht der Gefahr ausgesetzt sind, von der Druckkomponente getroffen zu werden, die durch die relative Luftströmung hinter dem Meßkopf entsteht.

Das Drehgelenk dient zu der übertragung des Pitot'-sehen und des statischen Druckes von dem Staurohr 17 zu den nicht gezeigten Druckumwandlern, die elektrische Signale erzeugen, die den Pitot'sehen und statischen Druck für die Verwendung in der Berechnung der Luftgeschwindigkeit wiedergeben.

Für diesen Zweck ist der Hohlkörper 25 des Drehgelenks mit inneren Durchgängen 47 und 49 versehen, die in Verbindung mit dem zentralen Meßrohr für den Pitot'sehen Druck bzw. dem umgebenden ringförmigen Meßdurchgang für den'statischen Druck des Staurohrs 17 stehen.

Der Durchgang 47 ist ebenso mit dem inneren

raum des Hohlzapfens 31 in Verbindung, der seinerseits an den Innenhohlraum des rohrförmigen Schafts 33 mittels eines flexiblen Rohres 41, beispielsweise aus Gummi, angeschlossen ist. Der nicht gezeigte Druckumwandler für den Pitot'sehen Druck ist an das Innere des Schaftes 33 über ein Rohr 63 gekoppelt, das sich durch die Wand des zylindrischen Gehäuses 61 er- . streckt, das an dem Ende des Stützteils 13 befestigt ist.

Der Durchgang 49 steht in Verbindung mit dem ringförmigen Durchgang 51 zwischen dem Schaft 33 und dem rohrförmigen Vorsprung 29, der den Schaft 33 umgibt, mittels des Hohlzapfens 32, des Innenhohlraums 53 des Hohlkörpers 23 des Drehgelenks und einem Durchgang 55 nach dem Lager 57, von wel chem der Schaft 33 innerhalb des rohrförmigen Vorsprurigs 29 abgestützt wird. Ein nicht gezeigter Druckumwandler für den

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statischen Druck ist an den Durchgang zwischen dem Schaft 33 und dem Teil 29 über ein Röhr 65 gekoppelt, das sich durch die Wand des Gehäuses 61 erstreckt.

Es ist ersichtlich, daß keine relative Drehbewegung zwischen den Enden des Rohrs .41 und den Teilen 31 und 33 besteht, da das Antriebsverhältnis zwischen dem Hohlzapfen 31
und dem Schaft 33 t : 1 ist. Auf diese Weise wird eine gute luftdichte Abdichtung erhalten. Des weiteren sind der Abrieb des Rohrs 41 und der Reibungswiderstand im Drehgelenk gegen
eine Bewegung des Staurohrs 17 um die Achsen A-A und B-B minimal.

Es ist leicht einzusehen, daß innerhalb des Gehäuses 61 eine dynamische Abdichtungsanordnung, die nicht gezeigt ist, vorhanden ist, durch die die Röhre 63 und 65 in bezug
auf den Schaft 33 bzw. den rohrförmigen Vorsprung 29 abgedichtet sind. Diese Abdichtungen können kleinflächig gehalten werden, so daß sie nur Anlaß zu einem sehr kleinen Reibungswiderstand bei der Bewegung des Staurohrs geben. Ein wesentlich
größerer Reibungswiderstand wird auftreten bzw. wird eingeführt, wenn dynamische Abdichtungen in dem Drehgelenk als solche eingebaut sind, wie dies bei bekannten Anordnungen der
Fall ist.

Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Staurohr zur Messung des Pitot'sehen und des statischen Druckes verwendet, jedoch ist es selbstverständlich,
daß bei anderen Anordnungen in Übereinstimmung mit der Erfindung das Staurohr so angeordnet werden kann, daß es den
Pitot'sehen Druck allein nur mißt und nur ein einziger Übertragungsdurchgang für den Strömungsdruck durch das Drehgelenk vorgesehen ist.

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Claims

Pcdenlcmwclin Pdenianwälte

■ Γ--ing. WilheliB v i Γα.-ϋαα. Wilhelm Reichel

Upi-lng. WoligoBa ι d MpMng, Wolfgang Beichel

~6JPrankfuii a. w. i 6 Frankfurt a. M. 1

Pariadiaße» Paikaiiaße 13 9156

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Patentansprüche

Meßkopf für die Bestimmung des Fluidströmungsdruckes mit einem schwenkbaren Staurohr, das in der Strömung angeordnet ist und sich in Richtung der Fluidströmung ausrichtet, dadurch gekennzeichnet, daß das Staurohr (17) an einem Drehgelenk (15) befestigt ist, das einen ersten Hohlkörper (23) umfaßt, in den sich ein Hohlzapfen (31) von einem zweiten Hohlkörper (25) des Drehgelenks (15) aus erstreckt, wobei das Staurohr (17) an dem zweiten Hohlkörper (25) so angebracht ist, daß der erste Hohlkörper (23t^tniarofSs Staurohr (17) zueinander eine'Winkelbewegung um die Achse (A-A) des Hohlzapfens (31) ausführen können, daß ein Hohlschaft (33) sich längs dem.Inneren eines röhrenförmigen Vorsprungs (29) des ersten Hohlkörpers (23) erstreckt, daß eine Kupplung (37) zwischen dem Hohlzapfen

(31) und dem Hohlschaft (33) die Winkelbewegung des Staurohrs (17) in bezug auf den ersten Hohlkörper (23) um die Achse (A-A) in eine Drehbewegung des Hohlschafts (33) gegenüber dem rohrförmigen Vorsprung (29) umwandelt, und daß eine biegsame Rohrverbindung (41) zwischen dem Hohlzapfen (31) und dem Schaft (29) einen ersten Durchgang durch das Drehgelenk

(15) hindurch für die übertragung des Strömungsdruckes von dem Staurohr (17) aus bildet.
2. Meßkopf nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (37) zwischen dem Hohlzapfen (31) und dem Hohlschaft (33) ein Antriebsverhältnis 1:1 besitzt.

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ORtGJNAL INSPECTED

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3. Meßkopf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (37) ein Kegelradgetriebe.(43, 45) umfaßt.
4. Meßkopf nach jedem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung auf die relativen Stellungen des Hohlschaftes (33) gegenüber dem rohrförmigen Vorsprung (29) anspricht, um die.Winkelposition des Staurohrs (17) in bezug auf die Achse (A-A) des Hohlzapfens (31) anzuzeigen.
5. Meßkopf nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, dadurc.h gekennzeichnet, daß der rohrförmige Vorsprung (29) drehbar innerhalb eines äußeren rohrförmigen Teils (13) angeordnet ist, so daß die Winkelbewegung des zweiten Hohlkörpers (25) und somit des Staurohrs (17) um die Achse (B-B.) des äußeren rohrförmigen Teils (13) eine entsprechende Drehbewegung des rohrförmigen Vorsprungs (29) in bezug auf den äußeren Teil (13) erzeugt,
6. Meßkopf nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf die gegenseitigen Stellungen zwischen dem rohrförmigen Vorsprung (29) und dem äußeren rohrförmigen Teil (13) anspricht, um die Winkelposition des Staurohrs (17| in bezug auf die Achse (B-Bi des äußeren rohrförmigen Teils (13) anzuzeigen»
7. Meßkopf nach jedem der Ansprüche 1 bis 6„ dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Durchgang für die übertragung des Strömungsdruckes durch das Drehgelenk (15) vorgesehen ist, der durch das Innere (53) des ersten Hohlkörpers (23) des Drehgelenks (15) und den ringförmigen Raum (51) zwischen dem Hohlschaft (33) und dem rohrförmigen Vorsprung (29) hindurchführtο.

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8. Meßkopf nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Durchgang von dem Inneren des ersten Hohlkörpers (23) in Richtung des Staurohrs (17) durch das Innere eines zweiten Hohlzapfens (32) erstreckt, der von dem zweiten Hohlkörper (25) innerhalb des ersten Hohlkörpers (23). koaxial mit dem ersten Hohlzapfen (31) verläuft.
9. Meßkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchgang den statischen Strömungsdruck von dem Staurohr (17) überträgt.
10. Meßkopf nach jedem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß eine Ausrichtungs-Anordnung (21) ähnlich einen Wetterhahn- oder einer. Stabilisierungs-Anordnurig das Staurohr (17) mit der Richtung der Fluidströmung fluchtet. .,

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