CN101556198A - 低速浮空器静压检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于低速、低空飞行的航空器空气静压采集的低速浮空器静压检测装置。本发明包括外护套管、前向管、引压管和缓冲储气室；前向管设于外护套管内，引压管同轴设于前向管内，且引压管一端外伸；引压管中部均布设有两个以上的静压引气孔，引压管的外伸端连接着缓冲储气室的进气口；静压引气孔下部的引压管管尾端设有电加热管。该检测装置采用特殊的取压方式和驱垢除冰技术，有效的避免了标准皮托静压管等测量所产生的静压测量误差，保障了以大气静压为气囊压差基准源的浮空器的使用安全。

Description

低速浮空器静压检测装置
技术领域
本发明涉及一种用于低速、低空飞行的航空器空气静压采集的装置，尤其是适用于低速浮空器(浮空气球、飞艇)等飞行器的静压采集装置，属于流体压力测量技术领域。
背景技术
飞行器的环境压力测量是飞行器空气动力学中最重要的问题之一，而对于低速的软式浮空器，静压(外压)作为浮空器内压设定的基准，其测量的准确性对于浮空器的空气动力学性能至关重要。相对于高速飞行的飞机等飞行器而言，低速运动的浮空器周围的自由气流更容易受到自身运动的扰动。
目前，采用皮托静压管测量飞行器的环境压力和其他飞行参数，对于飞机一类速度较高的飞行器皮托静压管的应用技术已经比较成熟，但是这类静压管采集的静压精确度却不能满足软式浮空器的要求，特别是在浮空器大攻角工作或者是侧向来流干扰情况下。浮空器包括系留气球、飞艇等是一类以轻于空气的气体产生的浮力为主要上升力的飞行器，其相对地面静止或者飞行速度较慢，在气流速度较大情况下，容易出现大攻角或者大侧滑角。如果采用现有的皮托静压管，气流容易冲入静压孔，静压管采集的静压值偏大，浮空器的内压就会相应的增加(内外压差保持不变)，极端条件下偏大的内压会破坏浮空器的软囊体，造成浮空器的毁坏。
发明内容
为了解决现有静压管采集的静压精确度不能满足软式浮空器要求的的问题，本发明提供一种低速浮空器静压检测装置。
实现上述目的的技术解决方案如下：
低速浮空器静压检测装置包括外护套管、前向管、引压管和缓冲储气室；缓冲储气室为圆柱筒状，其轴向的两端分别设有进气口和出气口，其作用以消除残存气流的扰动，使压力变送器采集的静压数据不受外界气流扰动。
前向管通过同一径向的两个以上螺钉同轴设于外护套管内，外护套管迎风放置，与外界自由气流相通，完成前级整流作用。外护套管作为整套装置的测量本体，结构型式采用圆形套管，为了减少自由气流的扰动，设计成细而长，并通常根据不同飞行速度来选择不同的长度。前向管的近两端处的管壁径向分别设有两条前环切槽和两条后环切槽，前环切槽和后环切槽的作用在于静压进气；前向管的前环切槽和后环切槽处径向分别设有具有气孔的前防雨块和后防雨块，引压管同轴设于前向管内，前防雨块和后防雨块的作用在于支撑固定引压管，并实现进一步压缩自由气流；与引压管对应的前向管两端管口处分别设有前堵块和后堵块；前向管和引压管均为细长的圆管，且引压管一端外伸；引压管中部两处同一径向上均布设有两个以上的静压引气孔，静压引气孔距离前向管管尾后环切槽轴心距离要求不小于50毫米，以保证外界气流扰动干扰消除效果。引压管的外伸端连接着缓冲储气室的进气口，缓冲储气室的出气口连通着压力传送管；压力传送管实现连续检测储气室内气体静压。
静压引气孔下部的引压管管尾端设有电加热管，用以防止前向管和引压管结冰。
所述前向管中部一侧壁上开设有漏水孔。
本发明外护套管、前向管和引压管的最佳内径分别为30毫米、18毫米和4毫米，长度分别为140毫米、140毫米和160毫米，所述缓冲储气室的体积为40000毫米3。
本发明主体结构采用套管式、变截面的测压通道形式，整个测量通道由外护套管组成的整流段、前向管和引压管组成的压缩段、缓冲储气室组成的消旋段和压力传送管组成的测量段依次连接组成，利用连通到大气的外护套管、前向管和引气到压力变送器的引压管、储气室的两级动压消除装置改善静压测量精度，消除静压源误差。
本发明的适用场合为低空空气污染严重的外场环境，为了防止静压引气小孔在飞行中被雨水、污垢、冰雪等堵塞，本发明一方面在前向管迎气气流和和背气气流方向各设置一防雨块，另外在引压管管尾端上设置有电加温装置。
本发明检测大气静压的工作原理为：在浮空器飞行过程中，可认为流经本装置附件的外界气流的流动为三维湍流流动(回流和强旋流动)，气流经外护套管整流、前向管压缩后，再经防雨块缝隙流入前向套空腔，根据粘性流体力学的连续性方程，一维管流截面积增大，气流流动速度相应减小，前向管空腔内流体流速减小后，经引压管中部两处同一径向上均布的静压引气孔导入引压管和储气室，流体流速进一步减小，相应的根据伯努利方程，气体总压随之减小，引压管气体压力接近大气静压，感受到的静压经储气室由压力传送管传送出至压力变送器。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
该检测装置采用特殊的取压方式和驱垢除冰技术，有效的避免了标准皮托静压管等测量所产生的静压测量误差，保障了以大气静压为气囊压差基准源的浮空器的使用安全。
本发明利用外护套管、前向管、引压管和缓冲储气室组成的三级减动压结构，外界紊流经多级整流、消旋后输出压力稳定的气流，有效的消除了气流扰动对静压采集的影响；本发明在引压管引气孔下端设置电加热金属管，能够快速消除静压取气孔被雨水、冰雪等堵塞危险。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为前向管前环切槽处横剖图，
图3为前向管在外护套管上的横剖安装示意图，
图4为前向管轴向纵剖图，
图5为前向管防雨块处横剖图，
图6为本发明内部流场分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例：
参见图1，低速浮空器静压检测装置包括外护套管1、前向管2、引压管3和缓冲储气室5；
缓冲储气室5为圆柱筒状，其轴向的两端分别设有进气口和出气口，其作用以消除残存气流的扰动，使压力变送器不受流体固有性质波动。
前向管2通过两处同一径向的四个固定螺钉14同轴安装于外护套管1内，见图3，前向管2的近两端处的管壁径向分别设有前环切槽16和后环切槽17，见图2，前环切槽16和后环切槽17的作用在于静压进气；前环切槽16和后环切槽17处径向分别安装有具有气孔的前防雨块7和后防雨块12，前防雨块7和后防雨块12均为环状块，其轴向对称设有弧形气孔，见图4和图5，前向管2中部一侧壁上开有漏水孔15。
引压管3同轴设于前向管2内，前防雨块7和后防雨块12的作用在于支撑固定引压管3，引压管3的作用是进一步压缩自由气流；与引压管3对应的前向管2两端管口处分别安装有前堵块10和后堵块13；前向管2和引压管3都采用细长的圆管，且引压管3一端外伸；
引压管3的外伸端通过过渡连接件11连接着缓冲储气室5的进气口4，缓冲储气室的出气口连通着压力传送管6，压力传送管6的另一端连通压力变送器，采集压力信号，实现连续检测储气室内气体静压。
引压管3中部两处同一径向上均布设有四个静压引气孔8，静压引气孔8位置离前向管后环切槽17的距离为50毫米，以保证外界气流扰动干扰消除效果。为了防止静压引气孔8在飞行中遇冷结冰堵塞，静压引气孔8下部的引压管3管尾端安装有电加热管9；为了保证引压管3的加热均匀性，提高加热效率和温度变化的响应速度，除冰加热采用自调节电伴热管直接接触引压管的加热方式，热交换以传导形式为主，引压管纵向、横向和垂直方向的温度梯度很小，并且可以自动调节温度，即伴热管的输出功率随管道的温度升高自动降低，使介质温度保持在一定范围，加热后形成的水滴通过前向管2上的漏水孔15溢出，防止出现二次结冰。
外护套管、前向管和引压管的最佳内径分别为30毫米、18毫米和4毫米，长度分别为140毫米、140毫米和160毫米，所述缓冲储气室的体积为40000毫米3。
参见图6，外部气流通过外护套管1轴向进入其内，由前向管2的防雨块7的弧形气孔进入引压管3，由引压管3的静压引气孔8进入引压管3内，再经过连接接头管进入缓冲储气室5，并进入压力传送管6，完成外界大气静压采集，抵消湍流等气流的对压力变送器的冲击。本发明的两级动压消除结构设计改善了静压测量精度，消除了静压源误差。

Claims (7)

1、低速浮空器静压检测装置，其特征在于：包括缓冲储气室、外护套管、前向管和引压管；
缓冲储气室为圆柱筒状，其轴向的两端分别设有进气口和出气口；
前向管通过同一径向的两个以上螺钉同轴设于外护套管内，前向管的近两端处的管壁径向分别设有前环切槽和后环切槽，前环切槽和后环切槽处径向分别设有具有气孔的前防雨块和后防雨块；
引压管同轴设于前向管内，与引压管对应的前向管两端管口处分别设有前堵块和后堵块；前向管和引压管均为细长的圆管，且引压管一端外伸；
引压管中部两处同一径向上均布设有两个以上的静压引气孔，引压管的外伸端连接着缓冲储气室的进气口，缓冲储气室的出气口连通着压力传送管；静压引气孔下部的引压管管尾端设有电加热管。
2、根据权利要求1所述的低速浮空器静压检测装置，其特征在于：所述引压管中部两处同一径向上均布设有四个静压引气孔。
3、根据权利要求1所述的低速浮空器静压检测装置，其特征在于：所述引压管与缓冲储气室的进口之间套设有传送管。
4、根据权利要求1所述的低速浮空器静压检测装置，其特征在于：所述前防雨块和后防雨块均为环状块，其轴向对称设有弧形气孔。
5、根据权利要求1所述的低速浮空器静压检测装置，其特征在于：所述外护套管、前向管和引压管的最佳内径分别为30毫米、18毫米和4毫米，长度分别为140毫米、140毫米和160毫米，所述缓冲储气室的体积为40000毫米3。
6、根据权利要求1所述的低速浮空器静压检测装置，其特征在于：所述静压引气孔距离前向管管尾后环切槽轴心距离要求不小于50毫米。
7、根据权利要求1所述的低速浮空器静压检测装置，其特征在于：所述前向管中部一侧壁上开设有漏水孔。
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