ПРИЕМНИК ВОЗДУШНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01L19/00 G01P5/14 

Изобретение относится к средствам для определения параметров полета летательных аппаратов или параметров потока в аэродинамических трубах.

Измерение параметров полета является одной из важнейших задач аэродинамики и аэродинамики летательных аппаратов. Эта задача весьма актуальна для маневренных самолетов в связи с существенным расширением летных углов атаки и широким диапазоном скоростей полета (от малых дозвуковых до больших сверхзвуковых, включая трансзвуковые режимы полета). Эта задача весьма важна для вертолетов в связи с их высокими маневренными возможностями (полеты: вперед-назад, вправо-влево, вверх-вниз) и автоматизацией таких режимов полета с использованием данных от системы измерения параметров полета.

Известен приемник воздушного давления (ПВД), содержащий корпус в виде круглого цилиндрического стержня с приемными отверстиями, расположенными по периферии его сечения, соединенными каналами со штуцерами (Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. М. "Машиностроение", 1972 г. , стр.88-100, рис.1.102; Глазнев В.Н., Заварухин С.Г. Метод экспериментального исследования плоских и осесимметричных закрученных течений с помощью цилиндрического приемника давления в широком диапазоне чисел М. "Ученые записки ЦАГИ", т.14, N 4, 1983 г.). Определение параметров потока производится с помощью этого приемника путем измерений давлений на наветренной стороне приемника в зоне безотрывного обтекания по градуировочным зависимостям, связывающим определяемые параметры с измеряемыми давлениями.

Недостатками данного ПВД являются:
- невозможность определения статического давления с приемлемой точностью в диапазоне чисел М от 0.8 до 1.1 вследствие известного явления трансзвуковой стабилизации;
- невозможность использования для градуировочных зависимостей имеющихся на подветренной стороне в зоне отрывного обтекания приемника отверстий, давления в которых хотя и не подвержены действию эффекта трансзвуковой стабилизации, однако на величины этих давлений оказывает сильное влияние число Рейнольдса, шероховатость поверхности и степень турбулентности набегающего потока.

Наиболее близким из известных решений является приемник воздушного давления, выполненный в виде стержня с сечением в виде равностороннего треугольника. На торце стержня на одной с ним оси расположена цилиндрическая надстройка с сечением в виде равностороннего треугольника со сторонами, равными сторонам сечения стержня, и повернутого относительно него на угол ϕ = 60^°. На гранях стержня и надстройки выполнены шесть приемных отверстий, соединенных с помощью каналов со штуцерами (Головкин М.А., Ефремов А.А. Приемник воздушного давления. Авторское свидетельство N 1809341 с приоритетом от 8 апреля 1991 г.).

Недостатком данного ПВД является сложность конструкции и недостаточно высокая точность определения параметров полета при наличии скольжения.

Задачей данного изобретения является повышение точности измерения параметров полета (потока) с помощью ПВД.

Технический результат достигается тем, приемник воздушного давления, состоящий из стержня в виде призмы с расположенными на ее боковых поверхностях приемными отверстиями, выполняется таким образом, что поперечное сечение призмы является равносторонним шестиугольником. Тем самым достигается упрощение конструкции, а также повышается точность определения параметров полета при наличии скольжения за счет отсутствия отрывного следа, сходящего у ПВД-прототипа с места стыка двух его частей (стержня и надстройки) и приближающегося к приемным отверстиям.

Технический результат достигается также тем, что боковые поверхности стержня выполняются выпуклыми, такими, что выполняется соотношение R/r > 1, где R - радиус кривизны боковой поверхности стержня, r - радиус окружности, проведенной через вершины шестиугольника. Такая форма приемника воздушного давления позволяет с одной стороны минимизировать влияние числа Рейнольдса на изменение давлений, а с другой стороны увеличить чувствительность прибора за счет возрастания производной измеряемых давлений по углу скоса, что приводит к существенному уменьшению инструментальных погрешностей.

На фиг. 1 - 3 изображен общий вид предлагаемого приемника воздушного давления с плоскими гранями.

На фиг.4 - 6 изображен общий вид одного из вариантов предлагаемого приемника воздушного давления с выпуклыми боковыми поверхностями стержня.

На фиг. 7 показано изменение коэффициентов давления (P - давление, воспринимаемое отверстием на одной из боковых поверхностей надстройки или стержня, P_ст - статическое давление, q - скоростной напор) при изменении угла скоса потока от 0^o до 180^o для предлагаемого приемника с плоскими и выпуклыми боковыми поверхностями и для ПВД-прототипа для значений углов скольжения потока β = 0 и β = 30^°.
На фиг. 8 - 9 показаны суммарные погрешности δα и δv определения угла скоса и скорости V с помощью предлагаемого приемника с плоскими гранями и ПВД-прототипа, полученные по результатам эксперимента при малой скорости потока V=15 м/с для значений β = 0 и β = 30^°.
На фиг.10 - 11 показаны инструментальные погрешности δα и δv определения угла скоса и скорости V с помощью предлагаемого ПВД с плоскими и выпуклыми и ПВД-прототипа боковыми поверхностями стержня при погрешности измерения давлений, равной 0.5 мм. вод. ст., полученные по результатам эксперимента при малой скорости потока V=15 м/с для значения β = 0.
Приемник воздушного давления состоит из стержня 1 в виде призмы с расположенными на ее боковых поверхностях приемными отверстиями 2, 3, 4, 5, 6, 7. Сечения призмы являются равносторонними шестиугольниками. Боковые поверхности стержня могут быть выпуклыми, такими, что выполняется соотношение R/r > 1, где R - радиус кривизны боковой поверхности стержня, r - радиус окружности, проведенной через вершины шестиугольника. Приемные отверстия 2, 3, 4, 5, 6, 7 соединены пневмотрассами 8, 9, 10, 11, 12, 13 со штуцерами 14, 15, 16, 17, 18, 19.

Работа приемника воздушного давления заключается в следующем. Давления, воспринимаемые приемными отверстиями 2, 3, 4, 5, 6, 7 передаются по пневмотрассам 8, 9, 10, 11, 12, 13 и измеряются с помощью приборов, подсоединенных к штуцерам 14, 15, 16, 17, 18, 19. Приемник градуируется в необходимой области изменения параметров потока. При градуировках используются давления из трех групп приемных отверстий: двух с наветренной стороны и одной с подветренной, то есть из зон, обозначенных на фиг.3 буквами "a" и "b". В каждом из диапазонов углов скоса используются группы приемных отверстий, указанные в таблице.

Выбор групп отверстий производится путем анализа величин давлений, воспринимаемых этими приемными отверстиями, и может осуществляться алгоритмически с использованием того факта, что наветренные приемные отверстия соответствуют максимальным величинам давлений. По градуировочным зависимостям определяются параметры потока. Вследствие того, что поперечное сечение призмы является равносторонним шестиугольником, приемные отверстия, расположенные на ее боковых поверхностях, могут находиться на одной высоте, в отличие от ПВД-прототипа. В результате за счет отсутствия отрывного следа, сходящего у ПВД-прототипа с места стыка двух его частей (стержня и надстройки) при наличии скольжения, существенно уменьшаются погрешности δα и δv определения угла скоса α и скорости V (фиг.9). Вследствие того, что поперечное сечение призмы является равносторонним шестиугольником, производная давления по углу скоса на наветренных боковых поверхностях приемника имеет большую величину, чем для ПВД-прототипа. В случае, когда боковые поверхности выполнены выпуклыми, значение производной имеет еще большую величину (фиг. 8). В результате уровень инструментальных погрешностей определения угла скоса для предлагаемого приемника воздушного давления примерно в 1,5 раза ниже, чем для приемника прототипа, а уровень инструментальных погрешностей определения величины скорости V совпадает с прототипом (фиг.10 - 11).

Использование изобретения позволяет повысить точность измерения угла скоса потока в диапазоне углов скоса α = 0-360^° во всем диапазоне до-, транс- и сверхзвуковых скоростей в отсутствие скольжения и, особенно, при его наличии, а также упростить конструкцию ПВД.

Изобретение относится к средствам для определения параметров полета летательных аппаратов или параметров потока в аэродинамических трубах. Приемник воздушного давления имеет форму стержня, на выпуклых боковых поверхностях которого расположены приемные отверстия, пневмотрассами соединенные со штуцерами. Радиус кривизны R боковой поверхности выбирается из соотношения R/r > 1, где r - радиус окружности, проведенной через вершины углов равностороннего шестиугольника в поперечном сечении стержня. Форма приемника позволяет с одной стороны минимизировать влияние числа Рейнольдса на измерение давлений, а с другой стороны увеличить чувствительность прибора за счет возрастания производной измеряемых давлений по углу скоса, что приводит к существенному уменьшению инструментальных погрешностей. Кроме того, достигается упрощение конструкции, а также повышается точность определения параметров полета при наличии скольжения за счет отсутствия отрывного следа. 11 ил., 1 табл.

Приемник воздушного давления, состоящий из стержня с расположенными на его боковых поверхностях приемными отверстиями, соединенными пневмотрассами со штуцерами, отличающийся тем, что боковые поверхности стержня выполнены выпуклыми с радиусом кривизны R боковой поверхности, выбираемым из соотношения R/r > 1, где r - радиус окружности, проведенной через вершины равностороннего шестиугольника в поперечном сечении стержня.