МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АЭРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД Российский патент 1995 года по МПК G01P5/16 

Изобретение относится к измерению параметров воздушных потоков в метеорологии, воздушном и водном транспорте, а также при аэродинамических исследованиях и испытаниях различных объектов техники.

Известно вариативное аэродинамическое устройство, состоящее из зонда, закрепленного на конструктивных элементах (державках) объекта техники (например, самолета), при этом на поверхности зонда (аэродинамическое тело), расположенной навстречу набегающему воздушному потоку, выступают большое количество (больше пяти) чувствительных трубок (трубчатых элементов восприятия давления), расположенных под таким углом, что воспринимают полное, статическое и динамическое давление (скоростной напор) набегающего воздушного потока и преобразуют их в информативные перепады давления, на основе которых возможно формировать (за пределами данного устройства) информативные сигналы о параметрах движения объекта техники или воздушного потока относительно последнего.

К основным недостаткам известного устройства следует отнести следующее:
узкий, не более ± (60-80^о) диапазон измерения направления (углового положения) вектора скорости воздушного потока в плоскости его измерения;
недостаточная точность измерения модуля и направления вектора скорости воздушного потока, особенно в диапазоне их околонулевых (до 1-3 м/с) значений.

Технический результат изобретения расширение диапазона измерения направления (углового положения) вектора скорости воздушного потока в плоскости измерения ± 180^о, а также повышение точности измерения параметров вектора скорости воздушного потока в диапазоне его околонулевых значений и расширение функциональных возможностей зонда.

Указанный результат достигается тем, что многоканальный аэрометрический зонд, содержащий аэродинамическое тело (пробник), снабженное радиально расположенными трубчатыми приемниками полного давления, каждый из которых сообщен независимым пневматическим каналом со своим выходным штуцером зонда, при этом аэродинамическое тело выполнено в виде цилиндра, на торцевых поверхностях которого размещены соосно два экранирующих диска, внешние поверхности которых параллельны между собой и ортогональны оси аэродинамического тела, а внутренние поверхности, обращенные навстречу друг другу и примыкающие к торцам аэродинамического тела, выполнены в виде композиции поверхностей вращения, образующая которых близка к контуру Вентури и между ними размещены трубчатые приемники давления, причем конфузорная и диффузорная части внутренних поверхностей экранирующих дисков сопряжены между собой плоскими поверхностями, ортогональными оси аэродинамического тела и равноотстоящими от плоскости симметрии экранирующих дисков, определяемой осями трубчатых приемников давления, на расстоянии не менее половины диаметра аэродинамического тела, при этом плоскости входных отверстий трубчатых приемников полного давления расположены по касательной к цилиндру, проходящему через окружности сопряжения плоского и диффузорного участков внутренних поверхностей экранирующих дисков, причем оси трубчатых приемников равноотстоящие по углу в плоскости симметрии экранирующих дисков, а в кольцевых канавках, шириной, равной диаметру приемных отверстий трубчатых приемников давления и расположенных на плоских участках внутренних поверхностей экранирующих дисков в месте их сопряжения с диффузорными участками внутренних поверхностей дисков, выполнены приемные отверстия статического давления с осями, расположенными по образующим конических поверхностей, оси вращения которых совмещены с осью аэродинамического тела, причем угол при вершине этих конических поверхностей не более 60-70^о и все приемные отверстия статического давления через радиальные пневматические каналы сообщены с осредняющими полостями, которые осевыми пневматическими каналами сообщены между собой и с выходным штуцером статического давления, при этом в двух ортогональных и радиальных плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с осью аэродинамического тела на конфузорных участках внутренних поверхностей экранирующих дисков на расстоянии от входной кромки экранирующих дисков не более половины радиуса конфузорных участков поверхностей дисков размещены диаметрально и противоположно приемные отверстия по углу скоса воздушного потока в плоскости, ортогональной плоскости симметрии экранирующих дисков и оси которых совмещены с образующими конических поверхностей, полученных вращением относительно оси аэродинамического тела с углом раствора при вершине 70-80^о.

На фиг. 1, 2 приведена конструкция многоканального аэрометрического зонда; на фиг. 3, 4 конструкция многоканального аэрометрического зонда (дополнительные виды и сечения); на фиг.5 общий вид многоканального аэрометрического зонда.

Многоканальный аэрометрический зонд содержит аэродинамическое тело 1, снабженное радиально расположенными трубчатыми приемниками 2 полного давления, каждый из которых независимым пневматическим каналом 3 сообщен со своим выходным штуцером 1. На торцевых поверхностях аэродинамического тела, выполненного в виде цилиндра, размещены два соосных экранирующих диска 5 и 6, внешние поверхности которых параллельны между собой и ортогональны оси вращения аэродинамического тела, а внутренние поверхности, обращенные навстречу друг другу и примыкающие к торцам аэродинамического тела, выполнены в виде тела вращения, обращующая которого близка к контуру Вентури и между ними размещены трубчатые приемника давления. Конфузорная 7 и диффузорная 8 части внутренних поверхностей экранирующих дисков сопряжены между собой плоскими поверхностями 9, ортогональными оси аэродинамического тела. Плоскости входных отверстий 10 трубчатых приемников давления расположены по касательным к цилиндру, проходящему через окружности сопряжений плоскости и диффузорного участков внутренних поверхностей экранирующих дисков, при этом трубчатые приемники выполнены равноотстающими по углу в плоскости симметрии экранирующих дисков. В кольцевых канавках 11 шириной, равной диаметру входных отверстий трубчатых приемников давления, расположены приемные отверстия 12 статического давления, оси которых выполнены совпадающими с образующими конических поверхностей, оси вращения которых совпадают с осью аэродинамического тела, а угол при вершине конических поверхностей не более 60-70^о. Приемные отверстия статического давления через радиальные 13 и осевые 14 пневматические каналы сообщены между собой и с осредняющими камерами 15 и 16, а через осевой пневматический канал 17 с выходным штуцером 18 по статическому давлению. Вблизи входных кромок 19, 20 экранирующих дисков размещены на каждом из дисков приемные отверстия 21, 22 по углу скоса воздушного потока, оси которых лежат в радиальной плоскости, включающей ось аэродинамического тела, и совпадают с образующими конических поверхностей с углом раствора при вершине 70-80^о, которые образованы вращением относительно оси аэродинамического тела. Герметичность пневмоканалов обеспечивается гермозамазкой 23.

Работа многоканального аэрометрического зонда происходит следующим образом.

При размещении аэродинамического зонда в газовом потоке (например, воздушном потоке) происходит взаимодействие входных кромок 19, 20 и поверхностей 7, 8, 9 аэродинамического тела 1 с воздушным потоком. Это приводит к перестройке структуры поля скоростей в междисковом промежутке и как результат этого происходит формование поля давлений вокруг аэродинамического тела. Газодинамические параметры этого поля давлений воспринимаются приемными отверстиями трубчатых элементов 2 и приемными отверстиями 12 статического давления.

Давления Р_п от входных отверстий 10 каждого из трубчатых элементов 2 по своим независимым каналам 3 подают к выходным штуцерам 4.

Давления, воспринимаемые элементами 2, определяются зависимостью
Р_п Р_м.ст + κ ρ V₂/2, (1), где Р_м.ст. местное статическое давление;
κ коэффициент восстановления давления трубчатого приемника;
ρ и V плотность и скорость воздушного потока на входе в трубчатый приемник.

Приемные отверстия 12 статического давления воспринимают давления в кольцевых канавках 11, ортогональных направлению течения воздушного потока в промежутке между экранирующими дисками 5 и 6. Давления от приемных отверстий 12 статического давления через радиальные 13 и осевые 14 пневматические каналы сообщены между собой и с осредняющими камерами 15 и 16, а через осевой пневматический канал 17 с выходным штуцером 18 статическому давлению, которое определяется в соответствии с зависимостью
P_ст= P/12 (2), где Р_ст.j давление, воспринимаемое каждым из приемных отверстий статического давления и равное Р_ст.j Р_мст. + κ_ст ρ V_м²/2 (Р_м.ст. местное статическое давление,
κ_ст. коэффициент восстановления давления приемных отверстий статического давления, κ_ст. < 0).

Набегающий воздушный поток воспринимается также приемными отверстиями 21, 22, расположенными вблизи входных кромок 19, 20 экранирующих дисков.

Давления Р₁ и Р₂ от каждой из четырех пар приемных отверстий по α (фиг. 2, вид В), размещенных во взаимно ортогональных плоскостях, передаются по независимым пневматическим каналам (фиг.3 и 4) к выходным штуцерам по углу α.

Преобразуя измеренные давления в электрический сигнал, а также используя при этом технику цифрового преобразования, можно получить результаты измерения параметров вектора в диапазоне скоростей 1-200 м/с при вариациях направления вектора в диапазоне ±180.

Кроме того обеспечивается измерение углов скоса (в диапазоне ±30^о) воздушного потока в плоскости, ортогональной плоскости измерения.

Использование: в области измерения параметров воздушных потоков в метеорологии, воздушном и водном транспорте, а также при аэродинамических исследованиях и испытаниях различных объектов техники. Сущность: многоканальный аэрометрический зонд содержит аэродинамическое тело 1, снабженное радиально расположенными трубчатыми приемниками 2 давления, каждый из которых независимым динамическим каналом 3 сообщен со своим выходным штуцером ; на торцевых поверхностях аэродинамического тела, выполненного в виде цилиндра, размещены два соосно экранирующих диска 5 и 6, внешние поверхности которых параллельны между собой и ортогональны оси вращения аэродинамического тела, а внутренние поверхности, обращенные навстречу друг другу и примыкающие к торцам аэродинамического тела, выполнены в виде тела вращения, образующая которого близка к контуру Вентури и между ними размещены трубчатые приемники давления; конфузорная 7 и диффузорная 8 части внутренних поверхностей экранирующих дисков сопряжены между собой плоскими поверхностями 9, ортогональными оси аэродинамического тела; плоскости входных отверстий 10 трубчатых приемников давления расположены по касательной к цилиндру, проходящему через окружности сопряжения плоского и диффузорного участков внутренних поверхностей экранирующих дисков, в кольцевых канавках шириной, равной диаметру входных отверстий трубчатых приемников давления, расположены приемные отверстия статического давления, оси которых совпадают с осью аэродинамического тела, а угол при вершине конических поверхностей более 60 - 70° ; приемные отверстия статического давления через радиальные и осевые пневматические каналы сообщены между собой и с осредняющими камерами 15 и 16; вблизи входных кромок 19, 20 экранирующих дисков размещены (на каждом из дисков) приемные отверстия 21, 22 по углу скоса воздушного потока, оси которых лежат в радиальной плоскости, включающей ось аэродинамического тела, и совпадают с образующими конических поверхностей с углом раствора при вершине 70 - 80°, которые образованы вращением относительно оси аэродинамического тела. Такая конструкция обеспечивает расширение диапазона измерения направления вектора скорости воздушного потока и повышение точности изменения параметров потока. 5 ил.

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АЭРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД, содержащий аэродинамическое тело, снабженное радиально расположенными трубчатыми приемниками полного давления, каждый из которых сообщен независимым пневматическим каналом со своим выходным штуцером зонда, отличающийся тем, что аэродинамическое тело выполнено в виде цилиндра, на торцевых поверхностях которого размещены соосно два экранирующих диска, внешние поверхности которых параллельны между собой и ортогональны оси аэродинамического тела, а внутренние поверхности, обращенные навстречу одна другой и примыкающие к торцам аэродинамического тела, выполнены в виде композиции поверхностей вращения, образующая которых близка к контуру Вентури, и между ними размещены трубчатые приемники полного давления, причем конфузорная и диффузорная части внутренних поверхностей экранирующих дисков сопряжены между собой плоскими поверхностями, ортогональными оси аэродинамического тела и равноотстающими от плоскости симметрии экранирующих дисков, определяемой осями трубчатых приемников полного давления, на расстояние не менее половины диаметра аэродинамического тела, плоскости входных отверстий трубчатых приемников полного давления расположены по касательной к цилиндру, проходящему через окружности сопряжения плоского и диффузорного участков внутренних поверхностей экранирующих дисков, а оси трубчатых приемников выполнены равноотстающими по углу в плоскости симметрии экранирующих дисков, в кольцевых канавках шириной, равной диаметру приемных отверстий трубчатых приемников полного давления, и расположенных на плоских участках внутренних поверхностей экранирующих дисков в месте их сопряжения с диффузорными участками внутренних поверхностей дисков выполнены приемные отверстия статического давления с осями, расположенными по образующим конических поверхностей, оси вращения которых совмещены с осью аэродинамического тела, угол при вершине этих конических поверхностей равен 60 70^o и все приемные отверстия статического давления через радиальные пневматические каналы сообщены с осредняющими полостями, которые осевыми пневматическими каналами сообщены между собой и с выходным штуцером статического давления, при этом в двух ортогональных и радиальных плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с осью аэродинамического тела на конфузорных участках внутренних поверхностей экранирующих дисков на расстоянии от входной кромки экранирующих дисков не более половины радиуса конфузорных участков поверхностей дисков, размещены диаметрально и противоположно приемные отверстия по углу скоса вектора скорости воздушного потока в плоскости, ортогональной плоскости симметрии экранирующих дисков, и оси которых совмещены с образующими конических поверхностей, полученных вращением вокруг оси аэродинамического тела, с углом раствора при вершине 70- 80^o, а каждое из приемных отверстий по углу скоса в радиальной плоскости сообщено через радиальный и осевой каналы со своим штуцером.