приемник давлений
Классы МПК: | G01L19/00 Элементы конструкции и принадлежности к устройствам для измерения постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов G01P5/14 путем измерения разности давлений в текучей среде G01P5/16 с помощью трубок Пито |
Автор(ы): | Ледяев В.В., Николаев С.Г., Андреев А.Г. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество Пермская научно- производственная приборостроительная компания |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-07-21 публикация патента:
27.07.1999 |
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текучих сред. Сущность изобретения заключается в том, что приемник давления, представляющий собой тело вращения, имеет форму тора. Такое выполнение позволяет увеличить диапазон измерения углов атаки и скольжения, увеличить чувствительность и повысить точность измерения давления в потоке. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Приемник давлений, представляющий собой тело вращения с расположенными на его поверхности приемными отверстиями, предназначенными для измерений давлений, используемых при определении величины и направления скорости потока жидкости или газа и статического давления, отличающийся тем, что он имеет форму тора.Описание изобретения к патенту
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 и т.п. относительно текучих сред. Известен цилиндрический приемник давлений, предназначенный для измерения величины и направления скорости двухмерных газовых потоков при числах Маха М < 0,6 [1] . Приемник имеет форму тела вращения, на поверхности которого в плоскости поперечного сечения расположены приемные отверстия. Приемник обладает наибольшей (из известных приемников) чувствительностью к величине скоростного напора (измерение скорости) и углу скоса потока (измерение направления скорости), что связано с наибольшим перепадом давлений, возникающим между приемными отверстиями. Недостатком приемника является то, что он может быть использован для измерений только в плоских потоках жидкости или газа. Причина, препятствующая получению в известном и техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что при использовании цилиндрического приемника в пространственных потоках возникают методические погрешности измерений величины и направления скорости, связанные с влиянием на измерения трехмерного характера обтекания приемника. Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является шестиствольный насадок ЦАГИ, представляющий собой тело вращения, выполненное в виде цилиндрической трубки с головной частью полусферической формы [2] - прототип. На поверхности приемника расположены приемные отверстия, предназначенные для измерения давлений, используемых при определении углов атаки, скольжения, величины скорости и статического давления в потоке. Недостатком приемника, как и всех известных приемников давлений пространственного потока, является его низкая чувствительность к углам атаки, скольжения и величине скоростного напора, проявляющаяся при измерениях в потоках малых дозвуковых скоростей (числа Маха М < 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 является и ограниченный рабочий угловой диапазон (менее 30o) измерения углов атаки, скольжения, величины скорости и статического давления, а также методические погрешности измерения полного и статического давлений, связанные с тем, что приемник имеет форму (полусферическая носовая часть и цилиндрическая часть), обеспечивающую отсутствие методических погрешностей только при нулевых значениях углов атаки и скольжения. Для измерения полного и статического давлений используются фиксированные приемные отверстия - центральное, расположенное на головной части, и приемные отверстия статического давления, расположенные на цилиндрической части, которые также обеспечивают отсутствие методических погрешностей только в случае продольного обтекания приемника. С увеличением угла атаки или скольжения величины погрешностей измерения параметров потока возрастают. Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключаются в отсутствии теоретических методов синтеза приемников давлений, позволяющих получать требуемые метрологические характеристики приемников за счет обеспечения заданной чувствительности, а также в отсутствии математических моделей приемников давлений, позволяющих адекватно описывать распределение скоростей и давлений жидкости или газа по поверхности приемников, без введения ограничений, накладываемых на их форму, и допустимые значения углов атаки и скольжения. Изобретение направлено на решение задачи синтеза оптимальной, с точки зрения чувствительности к измеряемым параметрам и точности измерения давлений поверхности приемников давлений, используемых в дозвуковых потоках газа и в потоках несжимаемой жидкости, а также на увеличение рабочего углового диапазона измерения углов атаки, скольжения, величины скорости и статического давления в потоке. Технический результат заключается в расширении рабочего углового диапазона измерения углов атаки, скольжения, величины скорости и статического давления в потоке жидкости или газа, а также в повышении чувствительности приемника к измеряемым параметрам и в повышении точности измерения давлений за счет увеличения перепадов давлений, действующих на поверхности приемника. Технический результат достигается тем, что известный приемник давлений, представляющий собой тело вращения, с расположенными на его поверхности приемными отверстиями, предназначенными для измерения давлений, используемых при определении величины и направления скорости потока жидкости или газа и статического давления, имеет форму тора. На фиг. 1 изображен общий вид приемника давлений. На фиг. 2 приведен график 1 распределения безразмерной тангенциальной составляющей V![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-2t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-3t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-4t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-5t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-6t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-7t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-8t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133038/957.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133294/8734.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-9t.gif)
где индексы у давлений P соответствуют номерам приемных отверстий заявляемого устройства (фиг. 1). Здесь вместо отверстия 6 могут быть использованы отверстия 9, 13,17, которые в случае продольного обтекания являются центральными, а вместо отверстия 5 могут быть использованы любые другие приемные отверстия. Рассмотрим два приемника давлений: шестиствольный насадок ЦАГИ и приемник давлений, имеющий форму тора. Тогда, как это следует из фиг. 3, при обтекании тора потоком жидкости или газа происходит дополнительный, по сравнению с прототипом (см. график 1 на фиг. 2), разгон потока, что иллюстрируется графиками 1 и 4 на фиг. 3 для величины безразмерной тангенциальной составляющей скорости V
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-10t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133294/8734.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-11t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133011/916.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-12t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-13t.gif)
На фиг. 4 представлены угловые характеристики прототипа - график 2 и заявляемого приемника - график 1, полученные для числа Маха М=0,2. При этом предполагалось, что заявляемый приемник давлений имеет форму тора, с наружным диаметром Dт= 3L, где L - длина тора. Для построения угловой характеристики определялась разность давлений в двух соседних периферийных приемных отверстиях 5 и 6, расположенных друг относительно друга на угловом расстоянии 45o. Представленная конструкция приводит к увеличению коэффициента угловой чувствительности по сравнению с прототипом в 2 раза. При одном и том же значении угла атаки или скольжения у заявляемого устройства величина разности давлений Pi - Pj больше, чем у прототипа, что по аналогии с измерением скорости приводит к более высокой угловой чувствительности приемника (см. фиг. 4, чувствительность к углам атаки или скольжения - тангенс угла наклона касательной к угловой характеристике) и вследствие этого к более высокой точности измерения соответствующих давлений за счет уменьшения величины относительной погрешности. Возможность увеличения рабочего углового диапазона у заявляемого приемника по сравнению с прототипом связана с тем, что сама форма приемника (тора) не содержит специально выполненных участков, образующая которых должна быть определенным образом ориентирована относительно вектора скорости набегающего потока жидкости или газа (у прототипа - цилиндрическая часть приемника). Наличие у прототипа цилиндрической части является необходимым условием измерения статического давления и приводит вследствие этого к методическим погрешностям измерения параметров потока при изменении ориентации приемника в пространстве (изменение углов атаки и скольжения). Увеличение углового диапазона происходит также вследствие того, что на поверхности заявляемого приемника отсутствуют приемные отверстия, предназначенные отдельно для измерения полного давления, статического давления или углов атаки и скольжения, наличие которых у прототипа также требует определенной ориентации приемника в пространстве для минимизации погрешностей измерений. Определение величины и направления скорости потока жидкости или газа и статического давления с помощью заявляемого приемника может быть осуществлено с помощью измерения давлений в произвольных приемных отверстий, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях (например, 4 - 7 и 12 - 15 или 8 - 11 и 16 - 19), из решения системы уравнений относительно неизвестных параметров. Система уравнений может быть построена на основании математической модели приемников давлений, имеющих форму тел вращения, которая обычно строится эмпирически - по результатам продувок приемников в аэродинамической трубе или теоретически (см.[6]) с последующей корректировкой коэффициентов модели. В последнем случае выражение для величины давления P жидкости или газа на поверхности произвольного тела вращения согласно [6] имеет вид P = Po-
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133023/961.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133038/957.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133011/920.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133011/946.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133038/957.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133294/8734.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133038/957.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133011/920.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133011/946.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133038/957.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133294/8734.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133011/946.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133948/2133948-14t.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133023/961.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133007/8773.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133011/946.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133011/946.gif)
![приемник давлений, патент № 2133948](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
1. Петунин А. Н. Методы и техника измерений параметров газового потока (приемники давлений и скоростного напора). М.: Машиностроение, 1972, с. 88. 2. Бедржицкий Е. Л., Егоршев А.В. и др. Аэродинамические и прочностные испытания самолетов. М.: Машиностроение, 1992, с. 159 (прототип). 3. Маслов Л.А., Левшина З.Г. Программа расчета распределения давлений и турбулентного пограничного слоя на теле вращения под углом атаки. Отчет ЦАГИ N 9270, 1976. 4. Маслов Л.А. Программа расчета осесимметричного потенциального обтекания кольцевого крыла с центральным телом /Описание применения/. Отчет ЦАГИ N 10966, 1976. 5. Воднев В.Т., Наумович А.Ф. и др. Математический словарь высшей школы. Под ред. Ю.С.Богданова, М.: МПИ, 1988, с. 444. 6. Ледяев В. В. Учет сжимаемости в задаче обтекания тел газом. Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. Пермь, 1997, N 2, с. 98-102.
Класс G01L19/00 Элементы конструкции и принадлежности к устройствам для измерения постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов
Класс G01P5/14 путем измерения разности давлений в текучей среде
Класс G01P5/16 с помощью трубок Пито