空气温度传感器及其制造
【专利摘要】本发明公开了空气温度传感器及其制造。一种用于制成空气温度传感器的方法，其包括首先生成空气温度传感器外壳的数字模型。将数字模型输入到包括能量源的增材制造装备中。所述增材制造装备将来自所述能量源的能量施加到连续施加的增量的可熔材料。所述能量源熔化所述连续施加的增量的所述可熔材料以形成所述空气温度传感器外壳的增加的部分，所述增加的部分依附在一起以形成所述空气温度传感器外壳。
【专利说明】
空气温度传感器及其制造
技术领域
[0001]本发明涉及一种空气温度传感器，并且具体地涉及制造这种传感器的外壳的方法。
【背景技术】
[0002]空气温度传感器用于多种行业和车辆应用中。总空气温度探针通常用在飞机或其他交通工具上以用于测量外部空气温度。现代喷气式动力飞机需要非常精确地测量外部空气温度(OAT)以用于输入到空气数据计算机、发动机推力管理计算机以及其他航空系统中。对于这些飞机类型、它们相关的飞行条件以及一般总空气温度探针的使用，空气温度较佳由以下四个温度限定:(I)静态空气温度(SAT)或(TS)，(2)总空气温度(TAT)或(Tt)，(3)恢复温度(Tr)和(4)测量温度(Tm)。静态空气温度(SAT)或(TS)是飞机将要通过其飞行的未受扰动空气的温度。总空气温度(TAT)或(Tt)是飞行的动能的100 %转化率可获得的最大空气温度。测量TAT源自恢复温度(Tr)，所述恢复温度是由于动能的不完全恢复而在飞机表面的每个部分上的局部空气温度的绝热值。温度(Tr)继而从测量的温度(Tm)获得，所述测量的温度是如所测量的实际温度，并且因为强加环境的热传递效果而与恢复温度不同。用于测量TAT，TAT探针在本领域中是熟知的。这些探针可为大范围的不同类型和设计，并且可安装在将TAT探针暴露至气流的各种飞机表面上。例如，一般的TAT探针安装位置包括飞机引擎和飞机机身。
[0003]对于温度传感器(如总空气温度传感器)非常重要的是提供外壳，所述外壳保护温度传感元件，同时将连续调节的外部空气流传送到准确地代表外部空气的温度的温度传感元件(即，避免可能导致错误的温度测量的再循环涡流)。避免可能干扰精确的温度测量的冰积聚也是重要的，这通常通过靠近传感器提供热源来实现。在这种情况中，遮蔽传感元件不受热源影响，使得来自热源的热不干扰精确的温度测量是重要的。为了达到这些目标，空气温度传感器外壳通常具有多个室或通道以控制气流并且提供辐射屏蔽，与支撑、钎焊、焊接或粘合接头和其他特征一起以提供结构完整性。所得的结构相对复杂，通常由多个具有多个焊接/钎焊接头的部件构成。相对较小的结构中的这种复杂性通常导致组件的变化，这可导致质量和性能的变化以及更高的制造成本。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一些方面，一种用于制成空气温度传感器的方法包括首先生成空气温度传感器外壳的数字模型。将数字模型输入到增材制造装备中，所述增材制造装备包括能量源。增材制造装备将来自能量源的能量施加到连续施加的增量的可熔材料。能量源熔化连续施加的增量的可熔材料以形成空气温度传感器外壳的增加的部分，所述增加的部分依附在一起形成空气温度传感器外壳。
[0005]在本发明的一些方面中，空气温度传感器外壳包括空气入口、与空气入口流体连通的第一导管、与通道流体连通的空气出口、以及传感器支撑结构，所述传感器支撑结构被构造来保持安装在通道中的温度传感器元件。
[0006]在本发明的一些方面中，空气温度传感器外壳包括至少一个特殊特征，所述特殊特征通过将能量重复施加到连续施加的增量的可熔材料而制造。一个这种特殊特征是传感器支撑结构，其与外壳成整体。另一个特殊特征是作为气流导管中的一个的出口的非圆形开口。另一个特征是空气旋流器，其与导管成整体并且从导管向内延伸。另一个特征是冰障，其与导管成整体并且从导管向内延伸。将能量重复施加到连续施加的增量的可熔材料可用于在导管的内表面上制造变化的表面纹理以影响气流。
【附图说明】
[0007]在说明书结尾的权利要求书中具体指出并明确要求被认为是本发明的主题。根据下面结合附图的详细描述部分，本发明前述和其他特征及优点是显而易见的，在附图中:
[0008]图1A是空气温度传感器外壳横截面的示意图；
[0009]图1B是具有温度传感元件在其中的图1A的空气温度传感器外壳横截面的示意图；
[0010]图2是图1A的外壳的一部分的放大图；并且[0011 ]图3是具有整体结构的外壳的图。
【具体实施方式】
[0012]现参见附图，图1A和IB示意性地示出了空气温度传感器10。如图1A和IB所示，空气温度传感器包括具有入口 14的第一导管或管12的空气温度传感器外壳10。在一些实施方案中，入口可具有凹部(未示出)，如果例如外壳被安装成第一管12的纵向轴线横向于外部气流的方向，所述凹部具有90°或更弯曲。如本领域中所公知的，一个或多个翼面(未示出)也可与入口 14相联。第一管12具有第一节段12’和第二节段12"，所述第一节段12’具有第一径向开口横截面，所述第二节段12"具有小于第一径向开口横截面的第二径向开口横截面积。还示出了节段12’和12"之间的过渡，其中斜壁连接节段12’和节段12"的管壁，所述斜壁具有在节段12’和12〃的横截面积之间的中间横截面积的径向开口横截面。第一管12包括安装插座16并且可包括用于固定和支撑第一管12内的温度传感元件22和24的支撑体18和20。在此应当指出的是图1A和IB是相同的，不同之处在于温度传感元件22、24的存在，所述温度传感元件22、24从图1A中被省去以便于图示。如图2中更详细地示出，在一些实施方案中，支撑体类似支撑体18构造，具有从第一管12的壁径向向内伸出的壁结合节段18’和传感元件接合节段18"。在一些实施方案中，如图1和2中所示，壁接合节段18’具有相对于管壁成角度的轴向延伸的表面部分18〃’。可在不使用然后将会要求后处理移除的3D构建支撑结构的情况下构建成角度的结构(20、18、34)。结合自支撑角加快了构建时间并且减少了后构建处理时间。相对于管壁的纵向方向的角度可大于0°并且小于90°，以及更具体地可在0°至60°的范围内。第一管12还具有出口开口 26。在运行中，外部空气通过开口 14进入第一管12，经过并且围绕温度传感元件22、24流动，在其中温度被测量，并且通过出口开口26离开。
[0013]在一些实施方案中，第二导管或管28围绕第一管12同心地设置。第二管28可保护第一管免受损坏和辐射(例如，热辐射)以及有助于气流管理。例如，在许多应用中，如在飞机上，温度传感器可安装在其可经受冰的形成的机身或发动机舱的面向前方的部分，所述冰的形成可不利地影响温度测量的准确性。因此，在温度传感器外壳的外部的附近，通常提供辅助性加热。第二管28可围绕第一管提供辐射(热)屏蔽以限制外部热源对温度测量的准确性的影响。在一些实施方案中，出于气流管理的目的，被外部空气凹部(未示出)捕捉的空气的一部分可被引导进入第一管12和第二管28之间的环形空间30而不是第一管12内的空间。在一些实施方案中，支撑突片34可设置在第一管12和第二管28之间以保持第二管内的第一管的径向位置并且提供结构完整性。支撑突片34可机械地附接到管12和28两者或可仅附接到管12或28中的一个，其自身和另一个管之间具有过盈配合。第二管28还包括用于空气离开传感器外壳10的出口开口 32。开口可以是任何形状。在一些实施方案中，开口 26、32中任一个或两个是非圆形的，诸如梯形形状的。非圆形开口26和32包含允许在无3D打印支撑材料的情况下构建通道的自支撑角度，这可增加构建速度同时减少了后构建处理时间。
[0014]还可使用增材制造技术来提供对于内导管壁不易于实现的其他特征。这种特征的示例包括防止冰形成或引导任何冰在冰形成不存在问题的区域形成的冰障。其他这种特征可包括空气旋流器或偏转器以产生需要的气流图案。图3示出了图1的传感器外壳，其中冰障或空气旋流器34设置在第一管12的内壁上。在一些实施方案中，多个旋流器或冰坝可周向或轴向地间隔设置在管壁上，例如多个旋流器可围绕管的轴线上的位置周向均匀地间隔设置在管壁上以提供气流替位的对称图案，诸如涡流。
[0015]用在本发明的实践中的数字模型在本领域中是熟知的并且此处不需要进一步说明。数字模型可由各种类型的计算机辅助设计(CAD)软件生成，并且各种格式是已知的，包括但不限于SLT(标准镶嵌语言)文件、AMF(增材制造格式)文件、PLY文件、波前(.0bj)文件以及可以是开放源码或专有文件格式的其他文件。
[0016]可使用各种类型的增材制造材料、能量源和工艺来制造空气温度传感器外壳及其本文描述的个体特征。使用的增材制造工艺的类型部分取决于需要由其制造的传感器外壳的材料的类型。在一些实施方案中，传感器外壳由金属制成，并且可使用金属形成增材制造工艺。这种工艺可包括选择性激光烧结(SLS)或直接金属激光烧结(DMLS)，其中金属或金属合金粉末层被施加到根据数字模型正在制造和使用来自定向激光束的热能选择性烧结的工件。另一种类型的金属形成工艺包括选择性激光熔化(SLM)或电子束熔化(EBM)，其中使用由定向激光或电子束提供的热能选择性地熔化(而不是烧结)金属粉末使得它在冷却和固化时熔融。可使用各种金属和金属合金，包括但不限于CoCr、不锈钢、镍基合金、铝和钛合金。在一些实施方案中，传感器外壳由聚合物制成，并且可使用聚合物或塑料形成增材制造工艺。这种工艺可包括光固化立体造型(SLA)，其中制造以以下方式进行:工件被设置在液态光致聚合型组合物中，其中工件的表面稍低于表面。使用来自激光或其他光束的光选择性地将层光化聚合物到工件上，然后使它进一步降低到对应于层厚度的量的液态组合物中中，并且形成下一层。聚合物外壳也可使用选择性热烧结(SHS)制造，其对热塑性粉末的作用方式类似于SLS对金属粉末的作用方式。可针对聚合物或金属使用的另一种示例性的增材制造工艺是熔融沉积成型法(FDM)，其中金属或热塑性进料(例如以线或长丝的形式)被加热并且通过挤压喷嘴选择性到地分配到工件上。
[0017]虽然仅结合有限数量的实施方案对本发明进行了详细描述，但应易于理解，本发明不限于此类公开的实施方案。相反，可对本发明进行修改，以合并之前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等效布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的方面可仅包括所述实施方案中的一些。因此，本发明并不被视为受限于前面的描述，而是仅受限于所附权利要求书的范围。
【主权项】
1.一种用于制成空气温度传感器的方法，其包括 生成空气温度传感器外壳的数字模型； 将所述数字模型输入到包括能量源的增材制造装备或系统中以及； 重复地将来自所述能量源的能量施加到连续施加的增量的可熔材料以形成对应于所述数字模型的所述空气温度传感器外壳；以及 将温度传感元件设置在所述空气温度传感器外壳中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述空气温度传感器外壳包括空气入口、与所述空气入口流体连通的第一导管、与通道流体连通的空气出口、以及传感器支撑结构，所述传感器支撑结构被构造来保持安装在所述通道中的所述温度传感元件。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述空气温度传感器外壳包括至少一个特征，所述至少一个特征通过所述重复地将能量施加到连续施加的增量的可熔材料来制造，所述至少一个特征选自: 所述传感器支撑结构，其与所述外壳成整体； 所述第一导管中的非圆形开口，其作为所述出口 ； 空气旋流器，其与所述第一导管成整体并且从所述第一导管向内延伸； 冰障，其与所述第一导管成整体并且从所述第一导管向内延伸；以及 所述第一导管的变化的径向截面；以及 所述第一导管的内表面上的变化的表面纹理。4.根据权利要3所述的方法，其中所述空气温度传感器外壳包括与所述外壳成整体的所述传感器支撑结构的特征件。5.根据权利要3所述的方法，其中所述空气温度传感器外壳包括作为所述出口的所述第一导管中的所述非圆形开口的特征。6.根据权利要3所述的方法，其中所述空气温度传感器外壳包括与所述第一导管成整体并且从所述第一导管向内延伸的所述空气旋流器的特征。7.根据权利要3所述的方法，其中所述空气温度传感器外壳包括与所述第一导管成整体并且从所述第一导管向内延伸的所述冰障的特征。8.根据权利要3所述的方法，其中所述空气温度传感器外壳包括所述第一导管的所述内表面上的变化的表面纹理的特征。9.根据权利要求2-8所述的方法，其还包括:围绕所述第一导管同心地设置的第二导管，从而在所述第一导管与所述第二导管之间提供与所述入口流体连通的环形空气空间。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述空气温度传感器外壳包括至少一个特征，所述至少一个特征通过所述重复地将能量施加到连续施加的增量的可熔材料来制造，所述至少一个特征选自位于所述第一导管与所述第二导管之间的支撑突片和作为所述出口的所述第二导管中的非圆形开口。11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一导管具有沿所述第一导管的长度变化的径向截面。12.—种空气温度传感器外壳，其包括空气入口、与所述空气入口流体连通的第一导管、与通道流体连通的空气出口、以及传感器支撑结构，所述传感器支撑结构被构造来保持安装在所述通道中的所述温度传感器，其中所述空气温度传感器外壳包括至少一个特征，所述至少一个特征通过所述重复地将能量施加到连续施加的增量的可熔材料来制造，所述至少一个特征选自: 所述传感器支撑结构，其与所述外壳成整体； 所述第一导管中的非圆形开口，其作为所述出口 ； 空气旋流器，其与所述第一导管成整体并且从所述第一导管向内延伸； 冰障，其与所述第一导管成整体并且从所述第一导管向内延伸；以及 所述第一导管的变化的径向截面；以及 所述第一导管的内表面上的变化的表面纹理。13.根据权利要求12所述的外壳，其还包括:围绕所述第一导管同心地设置的第二导管，从而在所述第一导管与所述第二导管之间提供与所述入口流体连通的环形气流空间。14.根据权利要求13所述的外壳，其中所述空气温度传感器外壳包括位于所述第一导管与所述第二导管之间的支撑突片和作为所述出口的所述第二导管中的非圆形开口。15.根据权利要求12-14所述的外壳，其中所述第一导管具有沿所述第一导管的长度变化的径向截面。
【文档编号】G01K1/08GK105890788SQ201610086157
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月15日
【发明人】S.维金
【申请人】罗斯蒙特航天公司