用于空气数据探针的探针尖端制造技术

本发明专利技术涉及用于空气数据探针的探针尖端。一种探针组件包括：热源；和探针尖端，其构造成增强由热源提供到探针的前端尖端中的热的传导。探针尖端包括：第一区域，其至少在z方向上具有高的导热性，其中，z方向与探针尖端延伸所沿着的轴线平行；和至少一个附加的区域，其具有与第一区域不同的热特性。

【技术实现步骤摘要】
用于空气数据探针的探针尖端
本专利技术涉及一种具有探针尖端的探针，例如空气数据探针，以及制造探针尖端的方法。
技术介绍
皮托管探针测量流体流动速度。皮托管探针或皮托管静态探针常常用于确定飞行器的空速。皮托管探针或皮托管静态探针的探针尖端包括用于压力测量所必不可少的入口孔。
技术实现思路
一种探针组件包括：热源；和探针尖端，其构造成增强由热源提供到探针的前端尖端中的热的传导。探针尖端包括：第一区域，其至少在z方向上具有高的导热性，其中，z方向与探针尖端延伸所沿着的轴线平行；和至少一个附加的区域，其具有与第一区域不同的热特性。附图说明应理解的是，绘图仅描绘示例性实施例，并因此在范围上不被认为是限制的，将利用附图通过附加的特异性和细节来描述示例性实施例，在附图中：图1A是根据本公开的一个实施例的被包括在探针组件中的示例性探针尖端的横截面视图。图1B是根据本公开的一个实施例的被包括在探针组件中的另一示例性探针尖端的横截面视图。图2A-2B图示根据本公开的一个实施例的被包括在探针的示例性探针尖端中的空隙的示例。图3A-3B图示根据本公开的一个实施例的探针尖端的快速修复或更换的示例性过程。图4图示根据本公开的一个实施例管理探针组件的热输入的方法。依照常见的做法，所描述的各种特征未按比例绘制，而是绘制成强调与示例性实施例相关的特定特征。具体实施方式在以下的详细说明中，对附图作出参考，所述附图形成本文的一部分并且特定的说明性实施例通过示例的方法在其中被示出。然而，应理解的是，可利用其它的实施例，并且可作出逻辑、机械和电气变化。此外，在绘图和说明书中介绍的方法不应被解释成限制各步骤可执行的顺序。因此，以下的详细说明不应从限制意义上来理解。在一些系统中，皮托管探针被用于帮助确定飞行器的空速。为了确定流体流动速度，将管放入流体中，以便探针的入口孔直接指向流动的流体。该流体可以是诸如空气或液体的介质。皮托管将压力气动地传递至压力传感器，所述压力传感器测量由于通过入口孔进入的流动流体引起的压力。皮托管通常具有加热元件，以防止管被冰所阻塞。这些探针满足这些防冰和除冰需求的能力是交通运输部和联邦航空管理局的许多规章的主题，包括针对过冷大滴结冰状况、混合相与冰晶结冰状况的适航标准。在迎角大于零时，皮托管探针或皮托管静态探针的探针尖端区域显著影响总压测量的精度。由于在探针的入口孔处的锋利的前缘有助于在各种迎角时的空气压力的精确测量，并且这些前缘经受结冰，所以关键的是，驱使热进入探针最前面的区域(即，探针尖端)，以便满足这些除冰和防冰需求。增大向加热器施加的功率可能不是实现该目的的有效方式，因为其可能导致在探针的某些区域中过热，并且由于所产生的高水平的热而可明显增加探针过早失效的风险。由于上述原因以及由于下述其他原因，所以在阅读和理解本说明书时对本领域的技术人员变得显而易见的是，在本领域存在对用于探针的改进的系统和方法的需求，所述探针有效地管理热输入，以在维持探针性能的同时节省功率并满足防冰和除冰需求。本文所描述的实施例为探针组件提供一种探针尖端，所述探针尖端允许来自探针热源的热输入移动进入前端尖端区域。本文所提供的实施例适用于皮托管探针和其他空气数据探针，其中除冰和防冰设计需求可受益于所述能力，以使热输入优选地从一个区域移动至另一区域。探针尖端包括一个或多个区域，其中，每个区域具有各自的热性能。在示例性实施例中，该热性能是在该区域中的材料的特性。探针尖端设计成具有各向异性的材料热性质。例如，探针尖端可在一个方向上具有较高的导热性，而在另一方向上充当隔热体。在示例的实施例中，探针尖端被设计成使得探针尖端在一个方向上的导热性大于在垂直方向上的导热性。在一些实施例中，探针尖端是可更换的。在一些实施例中，可更换的探针尖端是插入模块。在一些实施例中，可更换的探针尖端通过专用感应铜焊工作单元更换或安装。在一些实施例中，可更换的探针尖端被机械地装接。图1A-1B是被包括在皮托管探针中的示例性探针尖端100a和100的横截面视图。探针尖端100a和100在热源115的外侧围绕z轴120呈圆柱形延伸。热经由被包括在皮托管探针中的热源115提供至探针尖端100a和100。如图1A-1B所示，在示例性实施例中，热源115是加热线圈。在示例性实施例中，加热线圈115围绕中空的圆柱形中心125(诸如探针的入口孔)缠绕。在图1A-1B所示的示例中，该热由延伸通过中空的圆柱形中心125的加热线圈115提供。然而，在一些实施例中，可提供别的热源。加热线圈115可以是双层缠绕的加热丝、双螺旋线圈或适合皮托管探针加热需求的任何其他加热线圈。加热线圈115必须维持最小的径向覆盖，并且在一些示例中如果太紧则可能在使用中过早失效。为此，加热线圈115没有延伸至探针尖端的前端尖端区域110。如图1A所示，探针尖端100a构造成包括至少两个区域101a和105a，所述至少两个区域101a和105a带有不同的材料性能，以将由加热线圈115提供的热引导至前端尖端区域110。在示例性实施例中，区域101a和105a围绕z轴120延伸360度，并且是轴向对称的。在图1A所示的示例中，每个区域具有不同的材料热性质。在示例性实施例中，区域101a和105a构造成使得探针尖端在z方向上的导热性高于在径向方向r和切向方向θ上的导热性。在图1A-1B的示例中，这些区域的导热性利用径向(r、θ、z)坐标系150定义，并且z方向与探针尖端100a延伸所沿着的z轴120平行。在图1A所示的示例中，区域105a被包括在前端尖端区域110中。区域101a邻近区域105a。区域105a构造成至少在z方向上具有导热性。在示例性实施例中，区域101a构造成用作带有各向同性性质的隔热体。在这样的示例中，由加热线圈115提供的热在z方向上被引导通过至少在z方向上具有高的导热性的区域105a。在示例性实施例中，被包括在探针尖端100a中的至少两个区域101a和105a中的至少一个区域通过增材制造(诸如电子束熔融(EBM)、直接金属激光烧结(DMLS)等)的工艺形成。在示例性实施例中，通过对某些材料的晶粒生长和晶粒取向的性质的了解，探针尖端100a被制作成带有特定的预置特征，所述特定的预置特征产生不同的热特性，以增强从热源115到探针尖端区域110的热的流动。在示例性实施例中，凭借增材制造的工艺，通过提供各向异性的微观结构，可将单一材料用于制作被包括在探针尖端100a中的至少两个区域中的多个区域。例如，通过遍及多个晶粒以优选的晶粒生长和取向来生长或淀积单一材料，区域101a和105a两者被制作成使得105a构造成具有第一热特性(诸如至少在z方向上的传导性)，而101a构造成具有与区域105a的特性不同的特性(诸如用作隔热体)。在示例性实施例中，通过增材制造的工艺，可将两种不同的材料用于制作被包括在探针尖端100a中的至少两个区域中的多个区域。例如，通过遍及多个晶粒以优选的晶粒生长和取向来生长或淀积第一材料，区域105a构造成具有第一热特性(诸如至少在z方向上的高的传导性)，以及通过遍及多个晶粒以优选的晶粒生长和取向来生长或淀积第二材料，区域101a构造成具有与区域105a的特性不同的特性(诸如用作隔热体)。在示例性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探针组件，包括：热源；以及探针尖端，其构造成增强由所述热源提供的热进入所述探针的前端尖端的传导，所述探针尖端包括：第一区域，其至少在z方向上具有高的导热性，其中，所述z方向与所述探针尖端延伸所沿着的轴线平行；以及至少一个附加区域，其具有与所述第一区域不同的热特性。

【技术特征摘要】
2016.01.08 US 14/9912511.一种探针组件，包括：热源；以及探针尖端，其构造成增强由所述热源提供的热进入所述探针的前端尖端的传导，所述探针尖端包括：第一区域，其至少在z方向上具有高的导热性，其中，所述z方向与所述探针尖端延伸所沿着的轴线平行；以及至少一个附加区域，其具有与所述第一区域不同的热特性。2.一种制造用于探针的探针尖端的方法，所述方法包括：提供第一区域，其构造...

【专利技术属性】
技术研发人员：GA戈登，Y王，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US