ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ Российский патент 2001 года по МПК G01L19/00 G01P5/14 

Описание патента на изобретение RU2171456C1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения параметров движения объектов: судов, самолетов и т.п. относительно текучих сред.

Известен шестиствольный насадок (приемник) ЦАГИ, представляющий собой цилиндрическую трубку с головной частью полусферической формы [1], предназначенный для измерения величины и направления скорости пространственных потоков жидкости или газа, а также для измерения статического давления в потоке. На головной части приемника расположены приемные отверстия: центральное, служащее для измерения полного давления, и периферийные, предназначенные для измерения давлений, используемых при определении углов скоса (направления скорости) и величины скорости потока жидкости или газа. На поверхности приемника расположены также приемные отверстия для измерения статического давления. Данный приемник, размещенный на носовой штанге, часто используется на летательных аппаратах (ЛА) с целью измерения высотно-скоростных параметров ЛА: углов атаки, скольжения, числа Маха, барометрической высоты, истинной воздушной скорости и т.д.

Недостатком приемника является его низкая чувствительность к углам скоса (аналог углов атаки или скольжения для ЛА), проявляющаяся при измерениях на малых дозвуковых скоростях (числа Маха M < 0,3), увеличением погрешностей измерения давлений. Недостаточная чувствительность к измеряемым параметрам связана с небольшими перепадами давлений, возникающими на поверхности приемника при малых дозвуковых скоростях. Недостатком приемника являются и методические погрешности измерений, возникновение которых обусловлено возмущениями среды, создаваемыми корпусом объекта.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в отсутствии теоретических методов синтеза приемников давлений, позволяющих получать требуемые метрологические характеристики приемников за счет обеспечения заданной чувствительности, а также в принципиальной невозможности устранения методических погрешностей измерений параметров движения объектов относительно жидкой или газообразной сред с помощью приемников давлений, располагаемых снаружи корпуса.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является приемник давлений, представляющий собой носовую часть ЛА [2] - прототип, предназначенный для измерения направления скорости полета ЛА относительно воздуха (в связанной с ЛА системе координат направление скорости характеризуется углами атаки и скольжения, для подводных объектов - углами атаки и дрейфа), величины скорости ЛА и статического давления в полете. На носовой части ЛА расположены приемные отверстия, одно из которых - центральное служит для измерения полного давления, а периферийные предназначены для измерения давлений, используемых при определении направления и величины скорости ЛА, а также статического давления. Измерения, выполненные с помощью подобного приемника, не содержат методических погрешностей, связанных с искажением потока фюзеляжем ЛА, т.к. в этом случае сам фюзеляж (его носовая часть) является приемником давлений.

Недостатком приемника является его низкая чувствительность к углам атаки и скольжения, проявляющаяся при измерениях на малых дозвуковых скоростях (числа Маха M < 0,3) увеличением погрешностей измерения давлений. Недостаточная чувствительность связана с небольшими перепадами давлений, возникающими на поверхности приемника при малых дозвуковых скоростях.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в отсутствии теоретических методов синтеза приемников давлений, позволяющих получать требуемые метрологические характеристики приемников за счет обеспечения заданной чувствительности.

Изобретение направлено на решение задачи синтеза оптимальной с точки зрения обеспечения требуемой чувствительности к углам, характеризующим направление скорости движения объектов относительно среды, и точности измерения давлений, поверхности приемников давлений представляющих собой носовые части подвижных объектов и используемых в дозвуковых потоках газа или в потоках несжимаемой жидкости.

Технический результат заключается в повышении чувствительности приемников давлений к углам, характеризующим направление скорости движения объектов относительно среды, а также в повышении точности измерения соответствующих давлений в потоке жидкости или газа за счет увеличения перепадов давлений, действующих на поверхности приемников.

Технический результат достигается тем, что в известном приемнике давлений, представляющем собой носовую часть подвижного объекта, при этом на поверхности носовой части расположены центральное и периферийные приемные отверстия, предназначенные для измерения давлений, используемых при определении направления и величины скорости движения объекта относительно текучей среды, а также для определения статического давления, на носовой части в местах размещения периферийных приемных отверстий, предназначенных для определения направления скорости, расположены приливы, а сами периферийные приемные отверстия находятся на поверхности приливов.

Под приливом в данном случае понимается любой дополнительный участок поверхности носовой части, приводящий к дополнительному по сравнению с исходной формой носовой части местному увеличению расстояния от продольной оси носовой части до поверхности носовой части.

На фиг. 1 изображен общий вид приемника давлений.

На фиг. 2 приведен график - 1 распределения безразмерной тангенциальной составляющей Vτ скорости жидкости или газа по поверхности приемника давлений, образующая которого представлена кривой 2 (прототип), при его продольном обтекании. График 3 соответствует изменению коэффициента угловой чувствительности приемника в зависимости от значения безразмерной продольной координаты где L - длина приемника давлений. График 4 показывает распределение коэффициента давления Cp по поверхности приемника - безразмерное значение радиуса образующей.

На фиг. 3 приведен график - 1 распределения безразмерной тангенциальной составляющей скорости Vτ жидкости или газа по поверхности приемника давлений, образующая которого представлена кривой 2, при его продольном обтекании. На поверхности приемника расположены приливы. Образующая одного или приливов представлена позицией 3. График 4 соответствует изменению коэффициента угловой чувствительности S приемника в зависимости от продольной координаты График 5 соответствует распределению коэффициента давления Cp по поверхности приемника - безразмерное значение радиуса образующей приемника.

На фиг. 4 для числа Маха M = 0,2 приведены угловые характеристики прототипа - график 2 и заявляемого приемника давлений, изображенного на фиг. 1, график 1. Здесь Pi, Pj - давления в двух приемных отверстиях, расположенных на носовой части, - скоростной напор в невозмущенном потоке; υ - скорость невозмущенного потока.

Графики на фиг. 2, 3 получены с помощью выполненного на ЭВМ численного расчета обтекания корпуса подвижного объекта потоком несжимаемой жидкости [3] . В случае обтекания тел потоком газа полученные результаты могут быть использованы вплоть до чисел Маха М = 0,4, когда сжимаемостью газа еще можно пренебречь.

На фиг. 1 изображен заявляемый приемник давлений, представляющий собой носовую часть 1 подвижного объекта 2, на которой расположены приливы 3, 14-16, на поверхности приливов в точках с максимальной чувствительность 4 размещены периферийные приемные отверстия 5-8, предназначенные для измерения направления скорости движения объекта относительно среды, на носовой части находится также центральное отверстие 9 и периферийные приемные отверстия 10-13, предназначенные для определения величины скорости объекта и статического давления в потоке.

Приемник давлений работает следующим образом. Рассмотрим определение направления скорости движения объекта относительно среды (для случая продольного движения объекта) с помощью двух приемников давлений - конического и приемника, полностью ему идентичного за исключением того, что на поверхности приемника в местах размещения периферийных приемных отверстий расположены приливы, а сами периферийные приемные отверстия находятся на поверхности приливов. Следует отметить, что форма приливов должна определяться исходя из максимально допустимых значений углов, определяющих направление скорости движения объекта относительно среды, и величины скорости объекта. На фиг. 3 представлены расчетные данные для носовой части, на которой расположены приливы, имеющие цилиндрическую поверхность, ограниченную линией пересечения с поверхностью носовой части, при этом образующие цилиндров параллельны продольной оси носовой части. Такая форма выполнения приливов позволяет производить измерения углов скоса потока в стандартном для приемников давлений диапазоне -25°≅ α ≅ 25°. Тогда, как это следует из фиг. 3, при обтекании заявляемого приемника потоком жидкости или газа в области носовой части там, где находятся приливы, происходит дополнительный по сравнению с прототипом (фиг. 2) разгон потока, что иллюстрируется графиком 1 для величины безразмерной тангенциальной составляющей скорости жидкости Vτ, которая возрастает и достигает в точках расположения периферийных приемных отверстий 5-8 своего максимального значения. Увеличение Vτ в соответствии с уравнением Бернулли сопровождается уменьшением давлений, действующих в периферийных приемных отверстиях 5-8 (см. график 5 на фиг. 3 и график 4 на фиг.2). В результате, как следует из фиг. 3 - график 5, в области приливов происходит более быстрое, чем у прототипа изменение давлений жидкости или газа в зависимости от координаты . При изменении угла скоса потока эпюра для коэффициента давлений Cp, мало изменяя свою форму, перемещается вдоль оси Обычно для измерения направления пространственного потока используют минимум четыре приемных отверстия, формируя разности давлений отдельно между двумя приемными отверстиями, расположенными симметрично относительно продольной оси приемника. Для получения угловых характеристик, не зависящих от числа Маха, дополнительно используют давление, измеренное в центральном приемном отверстии. В общем случае угловая характеристика (без использования центрального приемного отверстия) может быть представлена в виде а выражение для модуля коэффициента чувствительности приемника - Тогда вследствие более быстрого, чем у прототипа изменения давления жидкости или газа в области приливов, при изменении угла α (пусть для определенности β = 0) для заявляемого приемника для приемного отверстия, например, 5 величина давления жидкости или газа будет возрастать (уменьшаться) быстрее, чем для прототипа, а величина давления в отверстии 7 будет соответственно уменьшаться (возрастать) также быстрее, чем для прототипа. В связи с этим, модуль разности (перепада) давлений для заявляемого приемника при изменении угла α будет больше, чем для прототипа, что, как нетрудно видеть, приведет к увеличению коэффициента угловой чувствительности S заявляемого приемника, т.к. в случае линейной угловой характеристики
Увеличение точности измерения давлений, позволяющих определять углы, характеризующие направление скорости движения объектов относительно среды, с помощью заявляемого приемника происходит из-за уменьшения величины относительной погрешности измерения давлений. Относительную погрешность можно найти из выражения где P* - измеренное приближенное значение разности давлений, откуда непосредственно следует, что при использовании метрологически идентичных датчиков, имеющих одинаковую абсолютную погрешность измерений Δ(P*), точность измерения давлений у заявляемого приемника будет выше, т. к. достигнутое значение перепадов давлений для одного и того же значения угла скоса потока для него больше, чем для прототипа.

На фиг. 4 представлены угловые характеристики прототипа - график 2 и заявляемого приемника - график 1, полученные для числа Маха М = 0,2. Анализ графиков позволяет сделать вывод, что по сравнению с прототипом заявляемый приемник в области периферийных приемных отверстий там, где находятся приливы, обладает значительно более высокой угловой чувствительностью (угловая чувствительность - тангенс угла наклона касательной к угловой характеристике).

Введение приливов на носовой части, реальное соотношения размеров которых с размерами приемника представлено на фиг. 3, приводит к увеличению коэффициента угловой чувствительности заявляемого приемника давлений в 2,5 раза. При этом угловая чувствительность заявляемого приемника становится больше угловой чувствительности аналога в 1,3 раза. Дополнительное увеличение размеров приливов будет приводить к дальнейшему росту коэффициента угловой чувствительности.

Источники информации
1. Бедржицкий Е.Л., Егоршев А.В., и др. Аэродинамические и прочностные испытания самолетов. М.: Машиностроение, 1992. С. 159.

2. Милютичева В.Н., Петунин А.Н. Пневмометрический метод определения параметров полета летательных аппаратов с конической и оживальной носовыми частями. // Ученые записки ЦАГИ. 1986, т. 17, N 5. С. 79 - 85.

3. Маслов Л.А., Петровская Т.С. Программа потенциального обтекания трехмерного корпуса вблизи земли (Описание применения). Отчет ЦАГИ N 11811. 1986.

Похожие патенты RU2171456C1

название год авторы номер документа
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 1998
  • Ледяев В.В.
  • Николаев С.Г.
  • Андреев А.Г.
RU2133948C1
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 2000
  • Андреев А.Г.
  • Ледяев В.В.
  • Николаев С.Г.
RU2165603C1
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 2003
  • Ледяев В.В.
  • Дятлов В.Н.
  • Кравцов В.Г.
RU2237877C1
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 2003
  • Кравцов В.Г.
  • Дятлов В.Н.
  • Ледяев В.В.
RU2237876C1
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 2003
  • Кравцов В.Г.
  • Дятлов В.Н.
  • Ледяев В.В.
  • Волков Н.С.
RU2257555C2
СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МАСШТАБНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА 1999
  • Курбатов А.М.
RU2160885C1
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 1998
  • Ледяев В.В.
RU2124709C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА 1999
  • Курбатов А.М.
RU2160886C1
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 1998
  • Ледяев В.В.
RU2145089C1
ПРИЕМНИК ВОЗДУШНЫХ ДАВЛЕНИЙ 2005
  • Дятлов Вячеслав Николаевич
  • Ледяев Владимир Викторович
  • Кравцов Владимир Георгиевич
  • Алексеев Николай Васильевич
RU2314507C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 171 456 C1

Реферат патента 2001 года ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текущих сред. Изобретение заключается в том, что в приемнике давлений, представляющем собой носовую часть подвижного объекта, в которой имеются центральное приемной отверстие и периферийные приемные отверстия, предназначенные для измерения давлений, используемых при определении направления и величины скорости объекта относительно потока текучей среды, а также для определения статического давления, на носовой части в местах размещения периферийных приемных отверстий, предназначенных для определения направления скорости, расположены приливы, в которых выполнены данные периферийные приемные отверстия. Данное изобретение позволяет повысить чувствительность приемника к углам, характеризующим направление скорости движения объектов относительно текущей среды, а также повысить точность измерения давлений в потоке жидкости или газа за счет увеличения перепадов давлений, действующих на поверхность приемника. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 171 456 C1

Приемник давлений, представляющий собой носовую часть подвижного объекта, при этом на поверхности носовой части расположены центральное и периферийные приемные отверстия, предназначенные для измерения давлений, используемых при определении направления и величины скорости движения объекта относительно текучей среды, а также для определения статического давления, отличающийся тем, что в местах размещения периферийных приемных отверстий, предназначенных для определения направления скорости, расположены приливы, а сами периферийные приемные отверстия находятся на поверхности приливов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2171456C1

ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 1999
  • Ледяев В.В.
RU2149370C1
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 1998
  • Ледяев В.В.
RU2124709C1
Устройство для распознавания речевыхКОМАНд 1979
  • Новиков Владимир Артемович
  • Мревлова Наталья Евгеньевна
SU834743A1
Направляющий узел широкоформатного носителя информации 1984
  • Рамонас Зенонас Ионович
  • Ланкаускас Алфредас Болеславович
  • Лаурутис Альгимантас-Амбразеюс Пранцишкович
  • Петронис Вайдутис Степонович
  • Рагульскис Казимерас Миколович
SU1176381A1
ЭФФЕКТИВНЫЕ АНАЛОГИ КОМПСТАТИНА 2012
  • Лэмбриз Джон Д.
  • Катрагадда Мадан
RU2656102C2
Фазоизмерительное устройство 1984
  • Зинькович Юрий Иванович
  • Кенеман Александр Федорович
SU1226332A1
ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЙ 1998
  • Ледяев В.В.
  • Николаев С.Г.
  • Андреев А.Г.
RU2133948C1
Дорожная спиртовая кухня 1918
  • Кузнецов В.Я.
SU98A1
ПРИЕМНИК ВОЗДУШНОГО ДАВЛЕНИЯ 1996
  • Вождаев Е.С.
  • Головкин В.А.
  • Головкин М.А.
  • Ефремов А.А.
  • Михеев С.В.
  • Касьяников В.А.
  • Вакуленко А.Ф.
  • Якеменко Г.В.
  • Сударев Е.В.
  • Панкратов А.К.
  • Кравцов В.Г.
  • Алексеев Н.В.
  • Назаров О.И.
RU2115102C1
Приемник воздушного давления 1991
  • Головкин Михаил Алексеевич
  • Гуськов Валентин Иванович
  • Ефремов Андрей Александрович
SU1809339A1
FR 2075281 A, 12.11.1971
УСТРОЙСТВО для ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ 0
  • Витель Г. П. Шков
SU409178A1
Способ определения скорости газового потока 1982
  • Британ Александр Борисович
  • Гриднев Николай Григорьевич
  • Попов Виктор Васильевич
  • Старик Александр Михайлович
SU1101741A1
Способ определения скорости неравновесного газового потока 1984
  • Британ Александр Борисович
  • Гриднев Николай Григорьевич
  • Головченко Николай Иванович
  • Старик Александр Михайлович
SU1239603A1

RU 2 171 456 C1

Авторы

Андреев А.Г.

Ледяев В.В.

Николаев С.Г.

Даты

2001-07-27Публикация

2000-02-15Подача