【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及总温探头，具体涉及一种具有颗粒物高效带出结构的总温探头及其流道优化方法。
技术介绍
1、总温探头作为飞机上测量大气总温的装置，其精确、高效地测量对飞控系统具有重要意义。现有的总温探头多为阻滞式总温传感器，其原理是使进入探头内流道的气流流速降低，使其停滞，然后测量停滞空气的温度。但由于探头所处环境复杂，进入流道内的空气包含水滴、冰、冰晶或沙尘等颗粒物，这类颗粒物如果无法及时排出内流道，会导致总温测量不准确或失效，从而影响飞行安全。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种具有颗粒物高效带出结构的总温探头及其流道优化方法，解决了现有总温探头由于无法及时排出颗粒物而影响测量精度的问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一方面的，提供一种具有颗粒物高效带出结构的总温探头，包括：支架壳体，支架壳体的内部固定有用于测量总温的总温敏感元件；插座，插座通过法兰盘固定在支架壳体的底部并与总温敏感元件的底部导通；头部壳体，头部壳体固定在支架壳体的顶部，头部壳体的内部设置有相互连通的喉道、凹面通道和位于喉道和凹面通道之间底部的后掠角敏感通道，喉道的较大开口端为圆形进气口，喉道的较小开口端分别与后掠角敏感通道和凹面通道的一端连通，后掠角敏感通道的底部一端与总温敏感元件连通；凹面通道呈圆台结构状且内壁为曲面，凹面通道的大径端直径大于喉道的较小开口端直径，且凹面通道的小径端上设置有直出口。
4、本方案的工作原理
5、进一步地，凹面通道的曲面内壁包括均为曲面的上凹面和下凹面，上凹面与喉道的连接处相切，且上凹面的上曲率大于下凹面的下曲率。凹面通道基于涡控制惯性力使颗粒物弹出的技术进行优化，其上凹面的曲线与喉道主通道切线过渡，上曲率大于下曲率的设置使得砂冰等颗粒物更难进入后掠角敏感通道，且有效减弱了上凹面的涡流强度，提高了颗粒物弹出效率。
6、进一步地，上凹面的大径端和小径端上的水平角度分别为9°和19°，下凹面的大径端和小径端上的水平角度分别为26°和34°。
7、进一步地，喉道的入坡口与水平来流的夹角为28.7°。
8、进一步地，后掠角敏感通道的顶部设置有分别与喉道和凹面通道连通的分离弯道，喉道的入口坡上、分离弯道的两侧上、后掠角敏感通道的后壁面上均设置有多个吸附孔。吸附孔的设置减小了气流的附面层影响，减弱了分离弯道和后掠角敏感通道内的涡流强度，使其流道内的气流更加平滑，消减了下凹面涡流的形成，增强了总温恢复系数。
9、进一步地，头部壳体上位于分离弯道的入口处贯穿设有与多个吸附孔连通的圆形排气通道。圆形排气通道便于将多个吸附孔中的空气汇聚排出，提供按吸附孔的流通性，使吸附孔更好地减小气流的附面层影响。
10、进一步地，直出口和圆形进气口的中心线均为重合的水平线，圆形进气口的入口面、喉道的喉道面、凹面通道大径端端部的凹曲线面和直出口的出口面的面积比为9.5:3:7.3:1。通过先扩大、缩小、在扩大、最后缩小的流道设置，使颗粒物先具备强大的气流惯性，之后再碰撞收缩，便于减少颗粒物的影响。
11、进一步地，总温敏感元件包括内部设置有温度传感器的内隔热筒，内隔热筒外设置有外隔热筒，外隔热筒的上端部设置有用于气体整流的整流冠。
12、进一步地，支架壳体85°倾斜设置，支架壳体的背面上位于总温敏感元件顶部处设置有多个出气孔，支架壳体的侧面上位于总温敏感元件底部处设置有多个排气孔。
13、另一方面，提供一种具有颗粒物高效带出结构的总温探头的流道优化方法，包括以下步骤：
14、s1、将x1、x2、x3、x4和x5作为优化目标自变量，其中，x1、x2、x3、x4和x5分别为圆形进气口面积、喉道的爬坡比、直出口的面积、后掠角敏感通道的后掠角度和凹面通道的凹曲线曲率；
15、s2、确定目标函数的评价指标f1、f2和f3；
16、
17、其中，δt为后掠角敏感通道内的总温与理论总温的差，r为总温恢复系数，c为进入后掠角敏感通道的水含量与圆形进气口水含量之比，a表示后掠角敏感通道的面积，单位m2；ti表示后掠角敏感通道网格点的温度，单位k；t表示后掠角敏感通道区域的平均温度，ts表示边界条件输入的静温，tm表示理论总温；mout表示液态水进入后掠角敏感通道的质量，min表示从圆形进气口进入流道内的液态水的质量。
18、s3、根据优化目标自变量和环境边界条件建立总温探头中的流道设计模型；
19、s4、通过初始边界条件设置cfd两相流模块的求解器；
20、s5、通过神经网络模型不断改变优化目标自变量的值，直至f1＝limtiδt≈0、f2＝limtr≈1、和f3＝limmc≈0，并将最终的优化目标自变量值作为总温探头内部流道的设计参数。
21、当f1、f2和f3这三个评价指标同时满足条件时，表示了总温探头处于最理想的测量状态。f1＝0表示总温不存在损失，测量温度就是总温，由于单从工程上这是无法实现的，故测量值与理论值是趋近于0。f2为总温恢复系数，即f2最好能达到0.9999以上，不同马赫数和攻角会影响f2。f3＝0表示理想是冰晶水滴等不会进入后掠角敏感通道，即后掠角敏感通道不会结冰，不会因颗粒物影响总温测量精度，f1、f2、f3与目标值之间的具体差值可以根据实际情况调整。
22、本专利技术公开了一种具有颗粒物高效带出结构的总温探头及其流道优化方法，其有益效果为：
23、1、本专利技术通过喉道、凹面通道和后掠角敏感通道的设置，使空气中包含的水滴、冰、冰晶和沙尘等颗粒物进入流道后利用气流惯性从直出口导出，防止了由颗粒物淤积引起的通道堵塞而降低总温测量精度和可靠性，提高飞机的飞行安全。
24、2、本专利技术喉道的入口坡上、分离弯道处的两侧上、后掠角敏感通道的吸附孔改善了气流在后掠角敏感通道处涡流的生成情况，增加了气流的阻滞效果，提高了总温探头的温度恢复系数，本专利技术在气压1ma以内，具备在±15°攻角范围内的条件下具备0.999的总温恢复系数。
25、3、本专利技术凹面通道基于涡控制惯性力使颗粒物弹出的技术进行优化，其上凹面曲线与喉道主通道切线过渡，上曲率大于下曲率，该角度使得砂/冰等颗粒物更难进入后掠角敏感通道，且有效减弱了上凹面的涡流强度，提高了颗粒物弹出效率；对下凹面处的涡生成处设为后掠角敏感通道，并在侧面开本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.具有颗粒物高效带出结构的总温探头，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的总温探头，其特征在于，所述凹面通道(105)的曲面内壁包括均为曲面的上凹面(105a)和下凹面(105b)，所述上凹面(105a)与喉道(102)的连接处相切，且上凹面(105a)的曲率大于所述下凹面(105b)的曲率。
3.根据权利要求2所述的总温探头，其特征在于，所述上凹面(105a)的大径端和小径端上的水平角度分别为9°和19°，所述下凹面(105b)的大径端和小径端上的水平角度分别为26°和34°。
4.根据权利要求1所述的总温探头，其特征在于，所述喉道(102)的入坡口(102a)与水平来流的夹角为28.7°。
5.根据权利要求1所述的总温探头，其特征在于，所述后掠角敏感通道(104)的顶部设置有分别与喉道(102)和凹面通道(105)连通的分离弯道，所述喉道(102)的入口坡上、所述分离弯道的两侧上、所述后掠角敏感通道(104)的后壁面(104a)上均设置有多个吸附孔(103)。
6.根据权利要求5所述的总温探头，其特征在于，所
7.根据权利要求5所述的总温探头，其特征在于，所述直出口(106)和所述圆形进气口(101)的中心线均为重合的水平线，圆形进气口(101)的入口面、所述喉道(102)的喉道面、所述凹面通道(105)大径端端部的凹曲线面和直出口(106)的出口面的面积比为9.5:3:7.3:1。
8.根据权利要求1所述的总温探头，其特征在于，所述总温敏感元件包括内部设置有温度传感器(8)的内隔热筒(7)，所述内隔热筒(7)外设置有外隔热筒(6)，所述外隔热筒(6)的上端部设置有用于气体整流的整流冠(5)。
9.根据权利要求1所述的总温探头，其特征在于，所述支架壳体(2)85°倾斜设置，支架壳体(2)的背面上位于总温敏感元件顶部处设置有多个出气孔(202)，支架壳体(2)的侧面上位于总温敏感元件底部处设置有多个排气孔(201)。
10.根据权利要求1～9任一所述的总温探头的流道优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.具有颗粒物高效带出结构的总温探头，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的总温探头，其特征在于，所述凹面通道(105)的曲面内壁包括均为曲面的上凹面(105a)和下凹面(105b)，所述上凹面(105a)与喉道(102)的连接处相切，且上凹面(105a)的曲率大于所述下凹面(105b)的曲率。
3.根据权利要求2所述的总温探头，其特征在于，所述上凹面(105a)的大径端和小径端上的水平角度分别为9°和19°，所述下凹面(105b)的大径端和小径端上的水平角度分别为26°和34°。
4.根据权利要求1所述的总温探头，其特征在于，所述喉道(102)的入坡口(102a)与水平来流的夹角为28.7°。
5.根据权利要求1所述的总温探头，其特征在于，所述后掠角敏感通道(104)的顶部设置有分别与喉道(102)和凹面通道(105)连通的分离弯道，所述喉道(102)的入口坡上、所述分离弯道的两侧上、所述后掠角敏感通道(104)的后壁面(104a)上均设置有多个吸附孔(103)。
6.根据权利要求5所述的总温探头...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙彦志，程光辉，禹杰，宋世峰，李增罡，朱世民，仲斌，吴梅，
申请(专利权)人：成都凯天电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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