Способ измерения параметров потока и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01P5/16 

Изобретение относится к измерен1«о давления, скорости и направления потока жидкости или газа и может быть использовано на летательных аппаратах и судах для определения их ско- рости, ориентации относительно направления движения и высоты полета, а также для диагностики полей потока в различных наземных экспериментальных стендах и установках.

Целью изобретения является снижение погрешности измерений и расширение экспериментальных возможностей.

На фиг.1 и 2 представлены схемы выполнения устройства, реализующие способ измерения параметров потока; на фиг. 3 и 4 -зависимости,поясняющие действие способа и работу устройства.

Устройство содержит зонд 1, закрепленный на державке 2 в подвеске 3,-связанной с приводом 4 ее ..дереме- щения поперек потока и задания углового положения (углов атаки о( и скольжения )о Державка имеет также возможность поворота относительно своей продольной оси на угол у (угол крена). Зонд 1 выполнен в виде ступенчатого пирамидального тела 5,6 с изломом образующей. Абсолютная величина угла излома &в1 образующей подчиняется неравенству 5° где 0 - угол наклона образующей передней части 5 зонда к его продоль- ной оси (полуугол раствора конуса), а ©2 задней части б зонда, соответственно. Здесь величина угла излома ±Д0 в,-ву- .

Зоид 1 для измерений в сильно не- однородных потоках выполняется в виде состыкованных между собой острой (фиг,2) и затупленной - усеченной пирамид 7 и 8 четырехгранной формы,. Для чисел М 5 - 6 зонд вы- полняется с углами 0,0, . ,

Величина угла излома образующей выбирается из условия обеспечения безотрывного обтекания места излома

Знак величины излома образующей (положительный или отрицательный) задается в соответствии с требованиями обеспечения необходимой точности измерений в рабочем диапазоне изменения чисел Маха. Для дозвуковых и небольших сверхзвуковых скоростей потока соотношение давлений обеспечивается близким к линейному при e,0gla0 0|, а при больших сверхзвковых скоростях потока целесообразно задавать , так как при использовании первого варианта зонда нарушается линейная зависимость числа М от отношения давлений PI/PJ и падает чувствительность измерений. При 0 9 характер кривой (фиг,4) изменяется на противополож- ньга.

Способ измерений характеризуется следующей совокупностью действий, реализующихся nplH работе устройства

Предварительно перед измерениями в потоке проводят тарировки.

1.Нагружшот каждый из датчиков давлением и снимают показания абсолютных величин и разностей при включении датчиков попарно по дифференциальной схеме.

2.Помещают зонд, закрепленный

на координатнике, в барокамеру и задают углы атаки и скольжения относительно оси, совпадающей с осью образцовых сопл (сменных или регули- руемых), и проводят тарировку по числу М отношения давлений, измеряемых на поверхности первого и второго участков зонда. На фиг.З и 4 приведены в качестве примеров характер изменения соотношения давления Р,/ f (М) при © 5° на коническом зонде для случаев 9,02и 0,02i соответственное 5°,

.мии : 10°).

J. При нескольких значениях числа М,.„ (из ожидаемого диапазона изменений при испытаниях) снимают зависимости перепада давления между наветренной и подветренной сторонами каждого участка зонда ДР, - Р,|/С.ОИ APj Pj/of-X - Pj/oC iO в зависимости от угла о(., задаваемого координатником. Аналогично проводятся тарировки зонда и по углам р (угла скольжения):

Ь Р)

ЛР

& const, X const.

4. Неравномерности скоростей потока и их градиенты находятся путем сравнения разностей давления между симметричными точками, размещенны- ми на каждой из ступенчатых частей зонда, и разностями в близлежащих точках, например:

Ы.

йР, ДР.г

40. 2(0 Ьо) где S, const, X const.

31

После проведения тарировки зонд с помощью державки закрепляется на механизме, связанном с приводом его перемещения и поворота на углы атаки и скольжения. Державка зонда устанавливается в потоке так, чтобы ее ось совпадала с продольной осью летательного аппарата (при измерениях в полете) или осью установки (при измерениях в стендовых условиях). Закрепленный на державке зонд помещают в поток под определенным установочным углом атаки c/L скольжения : Далее измеряют все попарные разности давлений в точках, лежащих в одной плоскости, на передней и задней час- тях зонда и отношение давлений на указанных участках, по величине которого из тарировочных графиков определяется число Мсо, а по известным газодинамическим соотношениям или тарировкам определяются остальные параметры.

По разности давлений в каждой из плоскостей с использованием тарировочных графиков определяются местные углы атаки oL - каждой части зонда.Величины скосов находятся как разность между Ы. , и установочным d углами атаки: . Аналогично определяются скосы в плоскости углов скольжения д. р - ,

Если поток равномерный на длине з.онда, то Дс( Л р, лр-г При наличии неравномерности (йо( Ло/2 ) еняют ориентацию зонда относительно направления вектора скорости внешнего потока, например,путем поворота на углы ДоС и л при которых разности давлений между наветренными и подветренными сторонами одной из частей зонда станут равными (точнее близкими) нулю. Повторяют измерения и путем вычислений и использования тарировок находят местные неравномерности и градиенты параметров потока, приходящиеся на длину между близлeжaщIiми дренажными отверстиями первой и второй частей зонда..

После этого при нербходимости перемещают зонд с помощью координатни- ка в продольном или поперечном направлении и повторяют измерения.

При отсутствии неравномерностей и скосов потока (или когда их величины

214

несущественны) измерение разностей давлений в каждом из сечений позволяет однозначно определить углы атаки и скольжершя за одно измерение,

а по отношению давлений на первом и втором участках определить все параметры потока (скорость или число Маха, скоростной напор, давление торможения и статическое давление,с

величиной которого однозначно связа- ,на высота полета ЛА).

Формула . и.зобретения

5

0

0

0

5

1. Способ измерения параметров потока, включающий внесение в поток насадка, изменение его ориентации, измерение давлений на поверхности насадка в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с последующим определением по полученным значениям давлений параметров потока, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения и расширения экспериментальных возможностей, последовательно в направлении вектора скорости отклоняют поток на дискретную постоянную величину угла относительно вектора скорости путем изменения угла наклона образующей насадка, а давление измеряют в двух попарно близлежащих точках вдоль образующей насадка.

5 2. Устройство для измерения параметров потока, содержащее насадок в виде четьфехгранной пирамиды, на поверхности которого выполнены приемные отверстия, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, отличающееся тем, что в него дополнительно введены пристыкованная к основанию острой четьфехгранной пирамиды усеченная четьфех- гранная пирамида с приемными отверстиями, расположенными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом пирамиды состыкованы равными по площади основаниями, а величина

угла излома образующей пирамидальной поверхности удовлетворяет неравенству 3° (6 ,- Ь° , где (,иб32 - углы наклона образующей поверхности к оси симметрии соответственно до

5 места излома и после излома.

Н„

Изобретение может быть использовано на летательных аппаратах и судах для определения скорости и ориентации их относительно направления движения и высоты полета, а также для диагностики полей потока в наземных экспериментальных стендах и установках. Цель изобретения - снижение погрешности измерений и расширение экспериментальных возможностей. Насадок, выполненный в виде ступенчатого пирамидального тела 5,6 с изломом образующей, устанавливается в потоке под определенным установочным углом атаки скольжения. В точках, лежащих в одной плоскости на передней и задней частях насадка, измеряют попарно разности давлений и отношение давлений. По полученным данным определяют местные углы атаки и величины скосов. При наличии неравномерности потока меняют ориентацию зонда относительно направления вектора скорости внешнего потока и повторяют измерения. Определяют местные неравномерности и градиенты параметров потока. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. с ( (Л с y/yM jmmV7/ MyMV/y//7/y/Vj 7///Mf Фи.1 I Н { N3 СХ5 ю

10

Редактор A. Шандор

5 to15

(Риг, 4Составитель Г. Белоусов

Техред М.Ходанич Корректор Е.Рошко

Заказ 71Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская Иаб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,4

Мо