【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及總溫探頭，具體涉及一種具有顆粒物高效帶出結構的總溫探頭及其流道優化方法。
技術介紹
1、總溫探頭作為飛機上測量大氣總溫的裝置，其精確、高效地測量對飛控系統具有重要意義。現有的總溫探頭多為阻滯式總溫傳感器，其原理是使進入探頭內流道的氣流流速降低，使其停滯，然后測量停滯空氣的溫度。但由于探頭所處環境復雜，進入流道內的空氣包含水滴、冰、冰晶或沙塵等顆粒物，這類顆粒物如果無法及時排出內流道，會導致總溫測量不準確或失效，從而影響飛行安全。
技術實現思路
1、針對現有技術中的上述問題，本專利技術提供了一種具有顆粒物高效帶出結構的總溫探頭及其流道優化方法，解決了現有總溫探頭由于無法及時排出顆粒物而影響測量精度的問題。
2、為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、一方面的，提供一種具有顆粒物高效帶出結構的總溫探頭，包括：支架殼體，支架殼體的內部固定有用于測量總溫的總溫敏感元件；插座，插座通過法蘭盤固定在支架殼體的底部并與總溫敏感元件的底部導通；頭部殼體，頭部殼體固定在支架殼體的頂部，頭部殼體的內部設置有相互連通的喉道、凹面通道和位于喉道和凹面通道之間底部的后掠角敏感通道，喉道的較大開口端為圓形進氣口，喉道的較小開口端分別與后掠角敏感通道和凹面通道的一端連通，后掠角敏感通道的底部一端與總溫敏感元件連通；凹面通道呈圓臺結構狀且內壁為曲面，凹面通道的大徑端直徑大于喉道的較小開口端直徑，且凹面通道的小徑端上設置有直出口。
4、本方案的工作原理
5、進一步地，凹面通道的曲面內壁包括均為曲面的上凹面和下凹面，上凹面與喉道的連接處相切，且上凹面的上曲率大于下凹面的下曲率。凹面通道基于渦控制慣性力使顆粒物彈出的技術進行優化，其上凹面的曲線與喉道主通道切線過渡，上曲率大于下曲率的設置使得砂冰等顆粒物更難進入后掠角敏感通道，且有效減弱了上凹面的渦流強度，提高了顆粒物彈出效率。
6、進一步地，上凹面的大徑端和小徑端上的水平角度分別為9°和19°，下凹面的大徑端和小徑端上的水平角度分別為26°和34°。
7、進一步地，喉道的入坡口與水平來流的夾角為28.7°。
8、進一步地，后掠角敏感通道的頂部設置有分別與喉道和凹面通道連通的分離彎道，喉道的入口坡上、分離彎道的兩側上、后掠角敏感通道的后壁面上均設置有多個吸附孔。吸附孔的設置減小了氣流的附面層影響，減弱了分離彎道和后掠角敏感通道內的渦流強度，使其流道內的氣流更加平滑，消減了下凹面渦流的形成，增強了總溫恢復系數。
9、進一步地，頭部殼體上位于分離彎道的入口處貫穿設有與多個吸附孔連通的圓形排氣通道。圓形排氣通道便于將多個吸附孔中的空氣匯聚排出，提供按吸附孔的流通性，使吸附孔更好地減小氣流的附面層影響。
10、進一步地，直出口和圓形進氣口的中心線均為重合的水平線，圓形進氣口的入口面、喉道的喉道面、凹面通道大徑端端部的凹曲線面和直出口的出口面的面積比為9.5:3:7.3:1。通過先擴大、縮小、在擴大、最后縮小的流道設置，使顆粒物先具備強大的氣流慣性，之后再碰撞收縮，便于減少顆粒物的影響。
11、進一步地，總溫敏感元件包括內部設置有溫度傳感器的內隔熱筒，內隔熱筒外設置有外隔熱筒，外隔熱筒的上端部設置有用于氣體整流的整流冠。
12、進一步地，支架殼體85°傾斜設置，支架殼體的背面上位于總溫敏感元件頂部處設置有多個出氣孔，支架殼體的側面上位于總溫敏感元件底部處設置有多個排氣孔。
13、另一方面，提供一種具有顆粒物高效帶出結構的總溫探頭的流道優化方法，包括以下步驟：
14、s1、將x1、x2、x3、x4和x5作為優化目標自變量，其中，x1、x2、x3、x4和x5分別為圓形進氣口面積、喉道的爬坡比、直出口的面積、后掠角敏感通道的后掠角度和凹面通道的凹曲線曲率；
15、s2、確定目標函數的評價指標f1、f2和f3；
16、
17、其中，δt為后掠角敏感通道內的總溫與理論總溫的差，r為總溫恢復系數，c為進入后掠角敏感通道的水含量與圓形進氣口水含量之比，a表示后掠角敏感通道的面積，單位m2；ti表示后掠角敏感通道網格點的溫度，單位k；t表示后掠角敏感通道區域的平均溫度，ts表示邊界條件輸入的靜溫，tm表示理論總溫；mout表示液態水進入后掠角敏感通道的質量，min表示從圓形進氣口進入流道內的液態水的質量。
18、s3、根據優化目標自變量和環境邊界條件建立總溫探頭中的流道設計模型；
19、s4、通過初始邊界條件設置cfd兩相流模塊的求解器；
20、s5、通過神經網絡模型不斷改變優化目標自變量的值，直至f1＝limtiδt≈0、f2＝limtr≈1、和f3＝limmc≈0，并將最終的優化目標自變量值作為總溫探頭內部流道的設計參數。
21、當f1、f2和f3這三個評價指標同時滿足條件時，表示了總溫探頭處于最理想的測量狀態。f1＝0表示總溫不存在損失，測量溫度就是總溫，由于單從工程上這是無法實現的，故測量值與理論值是趨近于0。f2為總溫恢復系數，即f2最好能達到0.9999以上，不同馬赫數和攻角會影響f2。f3＝0表示理想是冰晶水滴等不會進入后掠角敏感通道，即后掠角敏感通道不會結冰，不會因顆粒物影響總溫測量精度，f1、f2、f3與目標值之間的具體差值可以根據實際情況調整。
22、本專利技術公開了一種具有顆粒物高效帶出結構的總溫探頭及其流道優化方法，其有益效果為：
23、1、本專利技術通過喉道、凹面通道和后掠角敏感通道的設置，使空氣中包含的水滴、冰、冰晶和沙塵等顆粒物進入流道后利用氣流慣性從直出口導出，防止了由顆粒物淤積引起的通道堵塞而降低總溫測量精度和可靠性，提高飛機的飛行安全。
24、2、本專利技術喉道的入口坡上、分離彎道處的兩側上、后掠角敏感通道的吸附孔改善了氣流在后掠角敏感通道處渦流的生成情況，增加了氣流的阻滯效果，提高了總溫探頭的溫度恢復系數，本專利技術在氣壓1ma以內，具備在±15°攻角范圍內的條件下具備0.999的總溫恢復系數。
25、3、本專利技術凹面通道基于渦控制慣性力使顆粒物彈出的技術進行優化，其上凹面曲線與喉道主通道切線過渡，上曲率大于下曲率，該角度使得砂/冰等顆粒物更難進入后掠角敏感通道，且有效減弱了上凹面的渦流強度，提高了顆粒物彈出效率；對下凹面處的渦生成處設為后掠角敏感通道，并在側面開本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.具有顆粒物高效帶出結構的總溫探頭，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的總溫探頭，其特征在于，所述凹面通道(105)的曲面內壁包括均為曲面的上凹面(105a)和下凹面(105b)，所述上凹面(105a)與喉道(102)的連接處相切，且上凹面(105a)的曲率大于所述下凹面(105b)的曲率。
3.根據權利要求2所述的總溫探頭，其特征在于，所述上凹面(105a)的大徑端和小徑端上的水平角度分別為9°和19°，所述下凹面(105b)的大徑端和小徑端上的水平角度分別為26°和34°。
4.根據權利要求1所述的總溫探頭，其特征在于，所述喉道(102)的入坡口(102a)與水平來流的夾角為28.7°。
5.根據權利要求1所述的總溫探頭，其特征在于，所述后掠角敏感通道(104)的頂部設置有分別與喉道(102)和凹面通道(105)連通的分離彎道，所述喉道(102)的入口坡上、所述分離彎道的兩側上、所述后掠角敏感通道(104)的后壁面(104a)上均設置有多個吸附孔(103)。
6.根據權利要求5所述的總溫探頭，其特征在于，所
7.根據權利要求5所述的總溫探頭，其特征在于，所述直出口(106)和所述圓形進氣口(101)的中心線均為重合的水平線，圓形進氣口(101)的入口面、所述喉道(102)的喉道面、所述凹面通道(105)大徑端端部的凹曲線面和直出口(106)的出口面的面積比為9.5:3:7.3:1。
8.根據權利要求1所述的總溫探頭，其特征在于，所述總溫敏感元件包括內部設置有溫度傳感器(8)的內隔熱筒(7)，所述內隔熱筒(7)外設置有外隔熱筒(6)，所述外隔熱筒(6)的上端部設置有用于氣體整流的整流冠(5)。
9.根據權利要求1所述的總溫探頭，其特征在于，所述支架殼體(2)85°傾斜設置，支架殼體(2)的背面上位于總溫敏感元件頂部處設置有多個出氣孔(202)，支架殼體(2)的側面上位于總溫敏感元件底部處設置有多個排氣孔(201)。
10.根據權利要求1～9任一所述的總溫探頭的流道優化方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.具有顆粒物高效帶出結構的總溫探頭，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的總溫探頭，其特征在于，所述凹面通道(105)的曲面內壁包括均為曲面的上凹面(105a)和下凹面(105b)，所述上凹面(105a)與喉道(102)的連接處相切，且上凹面(105a)的曲率大于所述下凹面(105b)的曲率。
3.根據權利要求2所述的總溫探頭，其特征在于，所述上凹面(105a)的大徑端和小徑端上的水平角度分別為9°和19°，所述下凹面(105b)的大徑端和小徑端上的水平角度分別為26°和34°。
4.根據權利要求1所述的總溫探頭，其特征在于，所述喉道(102)的入坡口(102a)與水平來流的夾角為28.7°。
5.根據權利要求1所述的總溫探頭，其特征在于，所述后掠角敏感通道(104)的頂部設置有分別與喉道(102)和凹面通道(105)連通的分離彎道，所述喉道(102)的入口坡上、所述分離彎道的兩側上、所述后掠角敏感通道(104)的后壁面(104a)上均設置有多個吸附孔(103)。
6.根據權利要求5所述的總溫探頭...
【專利技術屬性】
技術研發人員：龍彥志，程光輝，禹杰，宋世峰，李增罡，朱世民，仲斌，吳梅，
申請(專利權)人：成都凱天電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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