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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Gesamtlufttemperatursonden (Total
Air Temperature, TAT) oder -sensoren. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf die Verbesserung der Anti-Icing-Fähigkeit
und die Verringerung des Enteisungsheizelementfehlers (Deicing Heater
Error, DHE) bei TAT-Sonden.
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Moderne
düsenbetriebene
Luftfahrzeuge erfordern sehr akkurate Messungen der Außenlufttemperatur
(Outside Air Temperature, OAT) zur Eingabe in den Luftdatencomputer
und andere Bordanlagen. Für
diese Luftfahrzeugtypen, deren Flugbedingungen und die Verwendung
von Gesamtlufttemperatursonden im Allgemeinen wird die Lufttemperatur
besser durch die folgenden vier Temperaturen definiert: (1) Statische
Lufttemperatur (Static Air Temperature, SAT) oder (Ts),
(2) Gesamtlufttemperatur (Total Air Temperature, TAT) oder (Tt), (3) Erholungstemperatur (Tr),
und (4) Messtemperatur (Tm). (1) Die Statische
Lufttemperatur (Static Air Temperature, SAT) oder (Ts)
ist die Temperatur der ruhenden Luft, durch die das Luftfahrzeug
fliegen wird. (2) Die Gesamtlufttemperatur (Total Air Temperature,
TAT) oder (Tt) ist die maximale Lufttemperatur,
die bei 100% Umwandlung der kinetischen Energie des Flugs erreicht
werden kann. Die Messung der TAT leitet sich aus (3) der Erholungstemperatur
(Tr) ab, welche der adiabatische Wert der
lokalen Lufttemperatur an jedem Abschnitt der Luftfahrzeugoberfläche aufgrund
unvollständiger
Erholung der kinetischen Energie ist. Die Temperatur (Tr)
wird wiederum aus (4) der Messtemperatur (Tm)
erhalten, welche die tatsächliche
gemessene Temperatur ist und von der Erholungstemperatur wegen Wärmeübertragungseffekten
aufgrund der einwirkenden Umwelteinflüsse abweicht. Zum Messen der
Gesamtlufttemperatur sind TAT-Sonden im Stand der Technik bestens
bekannt.
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Herkömmliche
TAT-Sonden sind zwar häufig bemerkenswert
effizient als TAT-Sensor, stoßen
jedoch manchmal auf die Problematik, unter Vereisungsbedingungen
funktionieren zu müssen.
Während
des Flugs unter Vereisungsbedingungen werden Wassertröpfchen und/oder
Eiskristalle in die TAT-Sonde aufgenommen, wo sie sich unter moderaten
bis schwierigen Bedingungen um die Öffnung des internen Sensorelements
herum anlagern können. Ein
Eiswulst kann heranwachsen und sich schließlich losreißen – und dadurch
den Sensor vorübergehend zusetzen
und einen Fehler in der TAT-Ablesung verursachen. Um dieses Problem
zu lösen,
verfügen herkömmliche
TAT-Sonden über
einen Bogen oder eine Krümmung,
um diese Partikel trägheitsbedingt von
dem Luftstrom zu trennen, bevor sie das Sensorelement erreichen.
Diese Bauweise von herkömmlichen
TAT-Sonden kann
sehr effektiv beim Extrahieren von Partikeln mit Durchmessern von
5 Mikrometern oder größer sein.
Bei der Bauweise vieler herkömmlicher
TAT-Sonden wird der Prozess der Partikelextraktion jedoch weniger
effizient, wenn es um das Entfernen von Partikeln unterhalb dieser
Größe geht.
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Ein
weiteres Phänomen,
das bei der Bauweise einiger herkömmlicher TAT-Sonden Schwierigkeiten
bereitet, hat mit dem Problem der Grenzschichtablösung, oder "Überlauf", bei niedrigen Massenströmen zu tun.
Die Strömungsablösung erzeugt
zwei Probleme bei der akkuraten Messung der Gesamtlufttemperatur.
Das erste hat mit Turbulenzen und der Erzeugung nicht regenerierbarer
Verluste zu tun, welche den Messwert der Gesamtlufttemperatur verringern.
Das zweite hängt
mit der Notwendigkeit zusammen, dass die Sonde beheizt werden muss,
um die Eisbildung unter Vereisungsbedingungen zu verhindern. Die
Anti-Icing-Fähigkeit
wird durch in die Gehäusewände eingebettete
Heizelemente ermöglicht. Unglücklicherweise
werden durch die Außenbeheizung
auch die inneren Luftgrenzschichten erwärmt, was bei nicht korrekter
Steuerung eine Fremdwärmequelle
bei der Messung der Gesamtlufttemperatur darstellt. Diese Art von
Fehler, der allgemein als DHE-Fehler (Deicing Heater Error, Enteisungsheizelementfehler)
bezeichnet wird, ist schwer zu korrigieren. Bei herkömmlichen
TAT-Sonden verfügt
die oben beschriebene Trägheits-Strömungsablösungskrümmung über Abblas-,
oder Durchtrittsöffnungen, die
entlang der Innenfläche
verteilt sind. Die Öffnungen
entlüften
hin zu einem Druck, der ungefähr
dem statischen atmosphärischen
Druck außerhalb
der TAT-Sonde entspricht. Auf diese Weise wird eine vorteilhafte
Druckdifferenz erzeugt, welche einen Teil der Grenzschicht durch
die Durchtrittsöffnungen
hindurch ableitet und die verbleibende Grenzschicht gegen die Innenwand
des Bogens presst.
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In
bestimmten Situationen kann der Differenzialdruck an den Durchtrittsöffnungen
aufgrund höherer
Strömungsgeschwindigkeit
entlang des Innenradius des Bogens auf Null fallen. Diese Stagnation der
Strömung
durch die Durchtrittsöffnungen
erzeugt einen Verlust bei der Grenzschichtsteuerung. Die daraus
resultierende Störung
kann, wenn sie groß genug
ist, dazu führen,
dass sich die Grenzschicht von der Innenfläche löst und in Kontakt mit dem Sensorelement
kommt. Da die Gehäusewände beheizt sind,
ist es auch die Grenzschicht. Infolgedessen wird jede Verunreinigung
des Hauptluftstroms mit der beheizten Grenzschicht zu einem entsprechenden Fehler
in der Messung der Gesamtlufttemperatur führen. Es ist generell schwierig,
die Stagnation an einigen der Durchtrittsöffnungen zu verhindern. Demgemäß ist auch
der DHE schwer zu verhindern oder zu verringern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Gesamtlufttemperatursonde bereitgestellt, wie
in den angehängten
Ansprüchen
beansprucht.
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Eine
Gesamtlufttemperatursonde, positionierbar auf einer Oberfläche eines
Luftfahrzeugs zum Messen der Gesamtlufttemperatur umfasst eine Einlassschaufel,
welche einen Luftstrom aus der Außenströmung aufnimmt, die sich aus
einer ersten Richtung auf die Einlassschaufel zu bewegt. Ein erster Teil
des in die Einlassschaufel eintretenden Luftstroms tritt aus der
Sonde durch einen Hauptaustrittskanal aus. Ein zweiter Teil des
Luftstroms tritt in einen TAT-Sensor-Strömungskanal
ein, der sich in Längsrichtung
entlang einer Achse erstreckt. Diese Achse ist ausgerichtet, um
einen Winkel zwischen 35 Grad und 55 Grad zu der ersten Richtung
zu bilden, aus welcher sich die Außenströmung auf die Einlassschaufel
zu bewegt. Eine Sensoranordnung erstreckt sich in Längsrichtung
in dem Sensor-Strömungskanal
und misst eine Gesamtlufttemperatur des Luftstroms durch den Sensor-Strömungskanal.
Durch Vergrößern des
Winkels, durch den die Innenluft abgeleitet wird, wird eine bessere
Trägheitsextraktion von
Eis- und Wasserpartikeln realisiert. Als Ergebnis davon wird eine
Zusetzung des Sensors durch angelagertes Eis wesentlich reduziert.
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Eine
zweite Verbesserung wird erreicht, indem das Sensorelement neu positioniert
wird, um besser mit der Innenluftströmungsrichtung ausgerichtet
zu sein. Dies trägt
dazu bei, den DHE zu verringern, indem der beheizte Grenzschichtüberlauf
auf das Sensorelement minimiert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Gesamtlufttemperatursonde (TAT-Sonde)
nach Stand der Technik, wobei Teile im Schnitt dargestellt sind.
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2 ist
eine schematische Darstellung der TAT-Sonde nach Stand der Technik
aus 1, welche den Luftstrom durch die TAT-Sonde illustriert.
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3A und 3B sind
schematische Darstellungen einer TAT-Sonde nach Stand der Technik respektive
einer TAT-Sonde gemäß der Erfindung, die
einen Winkel θ zwischen
einer Bewegungsrichtung der Außenströmung in
die TAT-Sonde und einer Achse des Sensor-Strömungskanals
illustrieren.
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4A und 4B sind
schematische Darstellungen der TAT-Sonde nach Stand der Technik und
der TAT-Sonde der vorliegenden Erfindung, die in 3A respektive 3B gezeigt
sind, welche den Luftstrom durch die TAT-Sonden illustrieren.
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5A und 5B sind
schematische Darstellungen eines Teils jeder der in 3A und 4A respektive 3B und 4B gezeigten TAT-Sonden,
welche eine mechanische Vorrichtung zum Auffangen von Teilchen in
den TAT-Sonden der vorliegenden Erfindung illustrieren.
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6A und 6B illustrieren
eine TAT-Sonde nach Stand der Technik respektive eine TAT-Sonde
der vorliegenden Erfindung, wobei die Verbesserung bei der Steuerung
des Grenzschichtüberlaufs
zu sehen ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Gesamtlufttemperatursonde (TAT-Sonde) 100,
wobei Teile im Schnitt dargestellt sind. Die TAT-Sonde oder der
TAT-Sensor 100 umfasst ein Gehäuse oder Wände 102, welche einen Haupteinlass
oder eine Haupteinlassschaufel 105 und einen Hauptaustrittskanal 110 formen,
durch welchen die Luft aus der Außenströmung (außerhalb der Sonde) hindurchgeht.
Außerdem
ist in dem Gehäuse 102 eine
Strömungsablösungskrümmung 115 ausgebildet,
die einen Teil des Luftstroms zwischen der Einlassschaufel 105 und
dem Hauptaustrittskanal 110 ableitet und diesen Teil in
den TAT-Sensor-Strömungskanal 120 umleitet.
In dem Sensor-Strömungskanal 120 ist
die Sensoranordnung 125 positioniert, die ein Sensorelement 130 zum
Erfassen der Gesamtlufttemperatur umfasst sowie einen Strahlungsschutz 135,
der ringförmig
um das Sensorelement 130 angeordnet ist.
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Die
Strömungsablösungskrümmung 115 umfasst
eine innere Bogenwand 140, die dazu dient, einen Teil des
Luftstroms in den Sensor-Strömungskanal 120 umzuleiten.
In der inneren Bogenwand 140 sind Durchtrittsöffnungen
oder Mündungen 145 enthalten,
an denen ein Differenzialdruck aufrechterhalten wird, der zwischen
dem inneren Kanal und einem externen Luftkanal 140A auftritt,
um einen Teil des Luftstroms, der an die innere Bogenwand 140 angrenzt,
abzuleiten und die beheizte Luftgrenzschicht zu steuern, um den
Enteisungsheizelementfehler (Deicing Heater Error, DHE) zu reduzieren.
Der TAT-Sensor-Strömungskanal 120 umfasst
eine vordere Wand (relativ zu dem umgeleiteten Luftstrom in dem
Sensorkanal) 150, und eine hintere Wand 155. Die
vordere Wand 150 weist ein oberes Ende an Punkt 160 auf,
an welchem die Wölbung
der inneren Bogenwand 140 endet.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer TAT-Sonde 100 nach
Stand der Technik, in der die Luftströmungsmuster in, durch und aus
der Sonde gezeigt werden. Wie in 2 zu sehen
ist, tritt die Außenströmung in
die Einlassschaufel 105 ein und bewegt sich in eine Richtung,
oder entlang einer Achse, die durch die Pfeile 165 dargestellt
ist. Sobald sich der Luftstrom in der Einlassschaufel 105 befindet,
wird er durch eine Strömungsablösungskrümmung 115 solcher
Art umgeleitet, dass ein Teil des Luftstroms in den TAT-Sensor-Strömungskanal 120 eintritt.
Der Teil des Luftstroms, der in den Sensor-Strömungskanal 120 eintritt,
strömt
entlang dem Sensorelement 130, zwischen Schutz 135 und
Sensorelement 130 hindurch, oder zwischen Schutz 135 und
Wänden 150 und 155 hindurch,
bevor er durch eine Austrittsöffnung
austritt. Die verbleibende Luft, die nicht in den Sensor-Strömungskanal 120 eintritt, verlässt die
TAT-Sonde 100 entweder durch eine Durchtrittsöffnung 145 oder
durch den Hauptaustrittskanal 110. Wie in dem Abschnitt
zum Hintergrund dargelegt, werden während des Flugs unter Vereisungsbedingungen
Wassertröpfchen
und/oder Eiskristalle in den Bereich zwischen Sensorelement 130 und
Strahlungsschutz 135 aufgenommen, wobei sie mitunter vorübergehend
den Sensor zusetzen und einen Fehler in der Gesamttemperaturablesung
verursachen.
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In 2 ist
außerdem
die Lage der TAT-Sonde 100 relativ zu der Außenhaut 175 eines
Luftfahrzeugs dargestellt. Weiterhin ist das Elektronikgehäuse 170 zu
sehen, das die Elektronik oder elektrischen Schaltkreise eines Typs
enthält,
der üblicherweise
im Zusammenhang mit herkömmlichen
TAT-Sonden zum Messen der Gesamtlufttemperatur eingesetzt wird.
Wenn auch in den anderen Figuren nicht speziell dargestellt, können die
TAT-Sonden der vorliegenden Erfindung ein Elektronikgehäuse und
weitere bei TAT-Sonden übliche Merkmale
umfassen.
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3A und 3B sind
Darstellungen einer TAT-Sonde 100 nach Stand der Technik
respektive einer TAT-Sonde 300 der vorliegenden Erfindung. 3A zeigt
die Ausrichtung des Sensor-Strömungskanals 120 relativ
zu der Achse oder Bewegungsrichtung 165 der Außenströmung vor
dem Eintritt in den Haupteinlass oder die Haupteinlassschaufel 105.
Wie in 3A zu sehen, ist der Sensor-Strömungskanal 120 in
der TAT-Sonde 100 nach Stand der Technik im Wesentlichen
entlang einer Längsachse 180 ausgerichtet.
Im Stand der Technik ist die Achse 180 des Sensor-Strömungskanals 120 solcherart
relativ zu der Achse oder Richtung 165 der in den Einlass 105 eintretenden
Außenströmung ausgerichtet,
dass sie einen Winkel θ von
ungefähr
90 Grad bildet.
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3B ist
eine schematische Darstellung einer TAT-Sonde 300 gemäß Ausführungen
der vorliegenden Erfindung. Zwar weist die TAT-Sonde 300 gegenüber der
TAT-Sonde 100 strukturelle Unterschiede auf, welche eine
verbesserte Anti-Icing-Fähigkeit und
einen verringerten DHE-Fehler bieten, doch sind auch Komponenten ähnlich denen
der TAT-Sonde 100 vorhanden. Die TAT-Sonde 300 umfasst
ein Gehäuse 302,
das einen Strömungskanal
zwischen dem Haupteinlass oder der Einlassschaufel 305 und dem
Hauptaustrittskanal 310 bildet. Außerdem ist in dem Gehäuse 302 ein
TAT-Sensor-Strömungskanal 320 ausgebildet,
welcher einen Teil des an der Einlassschaufel 305 in die
Sonde eintretenden Luftstroms aufnimmt. Der Sensor-Strömungskanal 320 ist
zwischen der vorderen Wand 350 und der hinteren Wand 355 ausgebildet.
Eine Sensoranordnung 125 (mit einem Sensorelement 130 und
einem Strahlungsschutz 135, wie oben dargelegt) ist vorgesehen, wobei
es sich dabei um im Wesentlichen die gleiche wie in der TAT-Sonde 100 handeln
kann. Die mit der inneren Bogenwand 340 geformte Strömungsablösungskrümmung 315 dient
zum Ableiten eines Teils des Luftstroms und zum Leiten dieses Teils
des Luftstroms in den Sensor-Strömungskanal 320 zur
Messung der Gesamtlufttemperatur. Die innere Bogenwand 340 umfasst
außerdem
Durchtrittsöffnungen oder
Mündungen 345,
um einen Differenzialdruck aufrechtzuerhalten, welcher einen Teil
des Luftstroms ableitet und den Überlauf
der beheizten Grenzschicht verhindert.
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In
der TAT-Sonde 300 ist der Sensor-Strömungskanal 320 im
Wesentlichen entlang einer Längsachse 380 ausgebildet.
Wie in 3B zu sehen, bildet die Achse 380 einen
Winkel θ zu
der Achse 165, welche die Bewegungsrichtung der Außenströmung unmittelbar
vor dem Eintritt in den Sondenhaupteinlass 305 darstellt.
Während
dieser Winkel in der TAT-Sonde 100 nach Stand der Technik
ungefähr 90
Grad beträgt,
beträgt
der Winkel θ in
der TAT-Sonde 300 der vorliegenden Erfindung dagegen zwischen
35 Grad und 55 Grad. So hat sich in Simulationen gezeigt, dass ein
Winkel von beispielsweise 45 Grad die Gesamtwassermasse reduziert,
die auf den Sensorbereich auftrifft, wie detaillierter unten beschrieben
wird. Anders ausgedrückt,
hat sich eine Bogenkrümmung
von etwa 135 Grad (180 Grad – θ) als besonders
vorteilhaft erwiesen. Winkel θ zwischen
35 Grad und 55 Grad bewirken wahrscheinlich eine wesentlich verbesserte
Eis- und Wasserextraktion und somit eine bessere Leistung unter
Vereisungsbedingungen.
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Beim
Vergleich zwischen der herkömmlichen TAT-Sonde 100 und
der TAT-Sonde 300 der vorliegenden Erfindung ist zu sehen,
dass der Bogenkrümmungswinkel
(180 Grad – θ) in der
TAT-Sonde 300 schärfer
ist und somit eine längere
Bogenlänge
der inneren Bogenwand 340 erzeugt. Außerdem ist das Sensorelement
in der Sensoranordnung 125 in Längsrichtung entlang der Achse 380 neu
positioniert, um besser mit dem Luftstromweg, der von dem TAT-Sensor-Strömungskanal 320 bereitgestellt
wird, ausgerichtet zu sein. Diese zwei Merkmale tragen dazu bei,
wesentliche Leistungsverbesserungen bei der TAT-Sonde 300 bereitzustellen. 4A und 4B stellen
jeweils schematisch den Luftstrom in der TAT-Sonde 100 und 300 dar.
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5A und 5B sind
schematische Darstellungen der inneren Bogenwand, der vorderen Wand
und der hinteren Wand der TAT-Sonden 100 respektive 300.
Die Kurve 370 in 5A stellt
die Flugbahn eines Partikels mit einem Durchmesser von 2,5 Mikrometern
in den Sensor-Strömungskanal 120 in
TAT-Sonde 100 dar. Die Kurve 375 5B stellt
die Flugbahn eines Partikels mit einem Durchmesser von 2,5 Mikrometern
in den Sensor-Strömungskanal 320 in
TAT-Sonde 300 dar.
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Wie
in 5A zu sehen, wird bei der herkömmlichen TAT-Sondenkonfiguration
ein Partikel mit einem Durchmesser von 2,5 Mikrometern häufiger der
Flugbahn 370 folgen und somit leichter den Bogenbereich
verlassen, ohne auf eine Wand aufzutreffen. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit,
dass das Partikel während
des Betriebs unter atmosphärischen
Vereisungsbedingungen auf dem Sensorelement auftrifft oder sich
auf diesem anlagert (beispielsweise durch Gelangen in den inneren
Teil des Strahlungsschutzes 135).
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Im
Gegensatz dazu zeigt 5B den typischen Weg eines Partikels
mit einem Durchmesser von 2,5 Mikrometer in einer TAT-Sonde 300 der vorliegenden
Erfindung während
eines Beispielsatzes von Betriebsbedingungen. Wie in 5B zu
sehen, veranlasst der höhere
Krümmungsgrad
des Bogens in TAT-Sonde 300 das Partikel, an der äußeren Bogenwand
oder an einem oberen Teil der Wand 355 des Sensor-Strömungskanals 320 aufzuprallen.
Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass das Partikel in den Sensorbereich
innerhalb des Strahlungsschutzes 135 gerät, und es
kann folglich aus der Strömung extrahiert
werden, wobei sich die Wahrscheinlichkeit einer Störung durch
Vereisung bei der Gesamtlufttemperaturmessung verringert. Die Vorteile,
die sich aus der Konfiguration und Ausrichtung des Sensorkanals
in TAT-Sonde 300 hinsichtlich Wassertröpfchenextraktion ergeben, wurden
mit Hilfe analytischer Modelltechniken bewiesen. Simulationen zeigen,
dass die Bogenkrümmung
von 135 Grad (θ ≈ 45 Grad)
die Gesamtwassermasse, welche auf den Sensorbereich auftrifft, um
bis zu 40% reduzieren kann. Diese Reduzierung verlängert die
Zeit, in der sich Eis ansammelt, beinahe um den Faktor zwei gegenüber der
Bauweise herkömmlicher
TAT-Sonden bei Flugbetrieb unter moderaten bis schwierigen Flüssigwasser-Vereisungsbedingungen.
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Die
herkömmliche
TAT-Sonde 100 und die TAT-Sonde 300 der vorliegenden
Erfindung können auch
verglichen werden, um die Unterschiede zwischen den beiden Bauweisen
hinsichtlich des Grenzschichtüberlaufs
zu illustrieren. Die Unterschiede bei der Grenzschichtüberlaufsfähigkeit
sind in 6A und 6B dargestellt.
Wie oben dargelegt führt
die Luftgrenzschicht, die sich von der beheizten Bogenwand ablöst und in
das Sensorelement eintritt, zu einem erhöhten DHE. Wie in 6A gezeigt,
tritt auch ein Teil 400 des in die Sonde eintretenden Luftstroms durch
den Hauptaustrittskanal aus. Ein weiterer Teil 405 der
in die TAT-Sonde eintretenden Luft wird mit Hilfe der Strömungsablösungskrümmung (d.
h. einschließlich
der inneren Bogenwand 140) in den TAT-Sensor-Strömungskanal
umgeleitet, wo er über das
Sensorelement 130 strömt.
Wie in 6A dargestellt, strömt dieser
Teil 405 des Luftstroms in das Innere des Strahlungsschutzes 135.
Da die innere Bogenwand 140 eine beheizte Oberfläche ist,
wird auch eine Grenzschicht 410 der Luft entlang der inneren Bogenwand
beheizt.
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Wie
in 6A dargestellt, ist die TAT-Sonde 100 solcherart
konfiguriert, dass eine Anzahl der Durchtrittsöffnungen 145 stagnierend
wird. Dies liegt daran, dass in bestimmten Situationen der Differenzialdruck
an den Durchtrittsöffnungen
aufgrund höherer
Strömungsgeschwindigkeit
entlang des Innenradius des Bogens auf Null fallen kann. Diese Stagnation
der Strömung
durch die Durchtrittsöffnungen
erzeugt einen Verlust bei der Grenzschichtsteuerung. Die daraus
resultierende Störung
kann, wenn sie groß genug
ist, dazu führen,
dass sich die Grenzschicht 410 von der Innenfläche löst und in
Kontakt mit dem Sensorelement kommt, wie in 6A dargestellt.
Da die Gehäusewände beheizt
sind, ist es auch die Grenzschicht und folglich wird jede Verunreinigung
des Hauptluftstroms mit der beheizten Grenzschicht zu einem entsprechenden
Fehler in der Messung der Gesamtlufttemperatur führen. Es ist generell schwierig,
die Stagnation an einigen der Durchtrittsöffnungen zu verhindern. Wie
jedoch unter Bezug auf 6B dargelegt wird, kann das
Sensorelement in der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise
in dem Sensor-Strömungskanal 320 neu
positioniert werden, um somit dazu beizutragen, die Auswirkungen
des Grenzschichtüberlaufs
zu reduzieren.
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Bezug
nehmend auf 6B ist die TAT-Sonde 300 der
vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Sensor-Strömungskanal 320 einen
Winkel relativ zu der Richtung des einströmenden Luftstroms (unmittelbar
vor dem Eintritt in die Einlassschaufel) bildet, wie oben erörtert. Ebenso
wie im Falle der in 6A dargestellten TAT-Sonde 100 tritt
ein Teil 500 des in die Sonde eintretenden Luftstroms durch
den Hauptaustrittskanal 110 aus, wogegen ein weiterer Teil 505 mit
Hilfe der Strömungsablösungskrümmung solcherart
umgeleitet wird, dass er in den Sensorbereich 130 in dem
Sensor-Strömungskanal 320 eintritt. Ebenso
wie bei dem TAT-Sensor 100 führt die beheizte Oberfläche der
inneren Bogenwand dazu, dass eine Grenzschicht 510 eine
Temperatur aufweist, welche die Messung der Gesamtlufttemperatur negativ
beeinflussen kann. Wiederum werden Durchtrittsöffnungen 345 eingesetzt,
um die Grenzschicht 510 zu steuern. Die Konfiguration der
TAT-Sonde der vorliegenden Erfindung trägt dazu bei, die Anzahl der stagnierenden
Durchtrittsöffnungen
zu reduzieren, um den Grenzschichtüberlauf zu reduzieren, und
die Sensoranordnung 125 (d. h. Sensorelement 130 und Strahlungsschutz 135)
solcherart zu positionieren, dass die Auswirkungen des Grenzschichtüberlaufs verringert
werden.
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Wie
in 6A zu sehen, endet die innere Bogenwand 140 in
TAT-Sonde 100 an
Punkt 160, an welchem sie auf die vordere Wand 150 trifft.
Die Tangente an der inneren Bogenwand 140 an Punkt 160 bildet
einen Winkel ϕ von etwa 90 Grad relativ zu der vorderen
Wand 150. Dieser scharfe Winkel ermöglicht eine Rezirkulation der
Strömung
und kann dazu führen,
dass ein Grenzschichtüberlauf
möglicherweise
in den Sensorbereich eintritt und einen DHE verursacht.
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Nun
Bezug nehmend auf 6B befindet sich in der vorliegenden
Erfindung Punkt 360 dort, wo die innere Bogenwand 340 auf
die vordere Wand 350 des Sensor-Strömungskanals 320 trifft.
An Punkt 360 weist die Wölbung oder gekrümmte Oberfläche der inneren
Bogenwand eine Tangente auf, die einen sehr viel kleineren Winkel ϕ zu
Wand 350 bildet. Die Verringerung von Winkel ϕ verringert
die Rezirkulation der Strömung
und den Grenzschichtüberlauf.
Da in der Konfiguration der TAT-Sonde 300 die Achse des
Sensorelements mit der Strömung
ausgerichtet ist, ist es im Vergleich zu der in 6A dargestellten Standard-Konfiguration
sehr viel unwahrscheinlicher, dass eine auftretende Strömungsablösung in
den Sensor eintritt. Außerdem
eliminiert die in 6B dargestellte Konfiguration
der vorliegenden Erfindung einen Ablösungs- und Rezirkulationsbereich, der
sich an der Basis des Bogens (d. h. an Punkt 360) befindet,
wodurch eine einheitlichere Strömung über das
Sensorelement unterstützt
wird.
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Zwar
wurde die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die bevorzugten
Ausführungen
beschrieben, doch werden Fachleute erkennen, dass Änderungen
in Form und Details vorgenommen werden können, ohne dabei von dem Gültigkeitsbereich
der Erfindung abzuweichen.