CN110174235A - 一种风洞中的模型的表面压力的测量装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风洞中的模型的表面压力的测量装置及其使用方法，包括内部设置有液体的连接管和用于测量所述液体底部压力的测压模块；所述连接管的一端用于连接设置于模型的表面的测压孔，所述连接管的另一端与所述测压模块相连，其中，所述连接管与所述测压孔相连通。该风洞中的模型的表面压力的测量装置具有以下优点：可以应用在高速风洞中，提高测量频响；能够测量模型表面局部小范围的压力，提高测量分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及风洞技术领域，尤其涉及一种风洞中的模型的表面压力的测量装置及其使用方法。
背景技术
利用风洞试验测量模型表面的压力，目前常用的方法包括压力应变片测量法和压力敏感漆测量法。
压力应变片测量法，是将压力应变片直接贴到模型表面，通过气体压力变化而产生的应变，利用其电阻值的变化测量气体压力。
压力敏感漆(Pressure Sensitive Paint,PSP)测量法，是将一种因压力变化而产生颜色变化的特殊漆涂到模型表面，可在接近传统压力测量精度的前提下，获得测量模型表面大面积压力分布。
但现有技术存在以下缺陷：压力应变片测量法中，使用的压力应变片的表面积都比较大，测量得到的压力值为压力应变片所覆盖的区域的平均值，而无法获得局部小范围的压力值；PSP测量法会因为涂料的温度效应，导致其在高超声速流动条件下的应用难度大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种风洞中的模型的表面压力的测量装置及其使用方法，用以解决现有技术中压力应变片测量法和压力敏感漆测量法所存在的缺陷。
为解决上述问题，本发明提供了：一种风洞中的模型的表面压力的测量装置，包括内部设置有液体的连接管和用于测量所述液体底部压力的测压模块；
所述连接管的一端用于连接设置于模型的表面的测压孔，所述连接管的另一端与所述测压模块相连，其中，所述连接管与所述测压孔相连通。
作为上述技术方案的进一步改进，所述测压模块包括压力扫描阀，所述压力扫描阀上设置有压力传感器；
所述液体的底部与所述压力传感器的感应部位相接触。
作为上述技术方案的进一步改进，所述液体的液面与所述测压孔之间的间距大于0。
作为上述技术方案的进一步改进，所述液体包括蒸馏水或甘油。
作为上述技术方案的进一步改进，所述连接管为玻璃纤维管。
作为上述技术方案的进一步改进，所述测压孔和所述测压模块均与所述连接管密封连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述连接管通过卡箍与所述模型和所述测压模块相连。
作为上述技术方案的进一步改进，所述测压模块上设置有用于对其进行固定的固定件。
作为上述技术方案的进一步改进，所述固定件包括螺栓。
本发明还提供了：一种如上任一项所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置的使用方法，包括如下步骤：
将所述连接管与置于风洞中的所述模型相连，其中，所述连接管与所述测压孔相连通；调整所述测压模块的位置，并对所述测压模块进行固定，其中，所述测压模块位于所述模型的下方；风洞处于初始真空状态，通过真空压力计获得此时风洞中的压力值为P0，同时，还将所述测压模块归零并以此作为所述测压模块零点；开启风洞，通过所述测压模块获得所述测压孔的压力为P1，其中，P0与P1的和即为所述模型表面上测压孔对应的位置的实际压力值。
本发明的有益效果是：本发明提出一种风洞中的模型的表面压力的测量装置，包括内部设置有液体的连接管和用于测量液体底部压力的测压模块；连接管的一端用于连接设置于模型的表面的测压孔，连接管的另一端与测压模块相连，其中，连接管与测压孔相连通。
将模型置于风洞内，气流流经模型的表面时，气体会通过模型的表面的测压孔进入或流出连接管，并由此产生压力的变化，此时，气体产生的压力会作用于液体。由于液体的不可压缩性，气体产生的压力便会通过液体实时传递至测压模块，由此使得测压模块能够快速、准确地测量出模型表面的压力。
气流流入测压孔后，通过液体将压力传递至测压模块，测压模块测得的压力即为模型表面上测压孔对应的位置的压力值，由此使得测压模块可测得模型表面局部小范围的压力值，提高了测量的空间分辨率。
由于压力扰动在液体内的传播速度快，所以，即使在高速风洞中，测压模块也可以在极短的时间内测量到模型表面的压力变化，由此实现压力的实时测量。
该风洞中的模型的表面压力的测量装置具有以下优点：可以应用在高速风洞中，提高测量频响；能够测量模型表面局部小范围的压力，提高测量分辨率；能够实现模型表面压力的实时测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了一种风洞中的模型的表面压力的测量装置的示意图；
图2示出了一种风洞中的模型的表面压力的测量装置的使用方法的流程图。
主要元件符号说明：
100-连接管；200-测压模块；300-模型；400-测压孔；500-压力传感器；600-导柱。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
请参阅图1，在本实施例中，提出一种风洞中的模型的表面压力的测量装置，包括内部设置有液体的连接管100和用于测量液体底部压力的测压模块200。
连接管100的一端用于连接设置于模型300的表面的测压孔400，连接管100的另一端与测压模块200相连。其中，连接管100与测压孔400相连通。
在图1中，模型300位于风洞中，测压模块200位于风洞的外部，其中，箭头所示方向为风洞中的气流方向。
气体(包括空气)分子间的间距比较大，当其受到挤压时，空气的体积会发生明显的变化。正是由于气体具有可压缩性，所以通过气体进行压力的传递时，存在一定的延时。
液体的分子间的间距比气体小，难以被压缩，又由于液体具有一定流动性，所以，利用液体可以实现压力的实时传递。
在本实施例中，可以以空气和水为例，对比压力扰动在两种介质中的传播速度。
在一个标准大气压且25℃的环境下，压力扰动在空气中的传播速度为346m/s，而在蒸馏水中的传播速度为1497m/s，由此可见，相较于空气，以蒸馏水作为压力传递的介质，测压模块200的响应速度可以提高4.33倍。
低速或高速气流流经模型300时，模型300表面压力的变化会导致连接管100顶端空气的压缩或膨胀，进而将压力传递给连接管100内的液体。液体的不可压缩性使得测压模块200能在极短时间内感受到这一压力变化，实现了高频响的压力测量。
尤其是对于高速气流，风洞中的模型的表面压力的测量装置可以准确的测量出压力的变化及实时数值。
将模型300置于风洞内，气流流经模型300的表面时，气体会通过模型300的表面的测压孔400进入或流出连接管100，并由此产生压力的变化，此时，气体产生的压力会作用于液体。由于液体的不可压缩性，气体产生的压力便会通过液体实时传递至测压模块200，由此使得测压模块200能够快速、准确地测量出模型300表面的压力。
气流流入测压孔400后，通过液体将压力传递至测压模块200，测压模块200测得的压力即为模型300表面上测压孔400对应的位置的压力值，由此使得测压模块200可测得模型300表面局部小范围的压力值。具体的，可根据需要设置测压孔400的横截面大小，当测压孔400的横截面大小与模型300表面的面积相差一千倍及以上时，测压孔400所对应的位置便可视为模型300表面上的一个点。
由于压力扰动在液体内的传播速度快，所以，即使在高速风洞中，测压模块200也可以在极短的时间内测量到模型300表面的压力变化，由此实现压力的实时测量。
该风洞中的模型的表面压力的测量装置具有以下优点：可以应用在高速风洞中；能够测量模型300表面局部小范围的压力；能够实现模型300表面压力的实时测量。
用户可根据需要在模型300的表面设置若干个测压孔400，由此便能获得模型300表面不同位置的压力值，其中，测压孔400与连接管100一一对应。具体的，测压孔400的大小、数量及分布位置可根据需要进行设置。
在本实施例中，模型300可以为飞机模型、汽车模型、建筑模型等等。
为了保证压力传递的精准度，液体应具有粘性小、稳定性高且不会与连接管100产生化学反应等性能。
具体的，液体可以采用蒸馏水或甘油等。
需要注意的是，空气可以溶解在液体中，但空气在蒸馏水、甘油等液体中的溶解度都十分低，所以，这对测量结果的影响可以忽略不计。
在本实施例中，测压模块200可使用压力扫描阀。
压力扫描阀是一种将电子技术、传感器技术和校准技术结合起来用于压力测量的智能仪器，具有测量精度高、传输速度快、体积小、易安装、操作方便等优点，适合用于组建要求测量精度高、传输速度快、范围广的压力测量系统。压力扫描阀广泛应用于航空航天的发动机试验、风洞试验、汽车、船舶、装甲车辆、燃气轮机等领域的高精度压力测量。
压力扫描阀上设置有压力传感器500。其中，为测量液体传递的压力，液体的底部与压力传感器500的感应部位相接触。
连接管100内液体的体积应控制在一定范围内。
连接管100内的液体过多，不方便连接管100的安装，且容易出现液体泄露的情况；连接管100内的液体过少，则意味着连接管100内的空气变多，由此则会影响压力扰动的传播速度，导致压力测量响应的时间变长。
在本实施例中，液体的液面与测压孔400之间的间距大于0，同时，液体的液面与测压孔400的底面之间间距可小于2cm。
在测量过程中，连接管100的体积不可因内部压力的变化，而出现膨胀或收缩的情况。同时，连接管100的内壁需要具有内壁光滑、糙率低和摩阻力小等特点，由此避免液体与内壁产生沾粘上而影响到压力的传递。
在本实施例中，连接管100可选用玻璃纤维管。其中，玻璃纤维管具有机械强度高，抗老化、耐高温、耐腐蚀、摩擦阻力小、输送能力高等优点。
连接管100的长度应适宜，尤其不能太短。由于连接管100的两端分别与模型300和测压模块200相连，如果连接管100的长度过短，那么在模型300和测压模块200进行安装固定时，模型300和测压模块200的位置则容易受到约束，不方便进行调整。
在实际使用过程中，连接管100的长度可根据需要进行设置，具体的，连接管100的长度可不小于1m。
为防止出现液体的泄露，测压孔400和测压模块200与连接管100之间均采用密封连接。其中，连接管100可通过卡箍与模型300和测压模块200相连。具体的，连接管100还可通过其他密封连接的方式与模型300和测压模块200相连。
在本实施例中，模型300上可设置有导柱600，导柱600被测压孔400所贯穿，其中，导柱600可为设于模型300内部的钢管。
通过连接管100与导柱600的连接，实现了连接管100与测压孔400的连通。安装时，连接管100的顶部可套在导柱600的外壁上，然后通过卡箍进行固定。
在测量过程中，测压模块200的位置需要被固定，具体的，测压模块200需安装于风洞的外部。
为对测压模块200进行固定，测压模块200上可设置有用于对其进行固定的固定件。其中，固定件可使用螺栓等。
在本实施例中，测压模块200的底部可设置有底板，底板的底面为平面，其中，螺栓可设置于底板上。
压力扫描阀包括压力传感器500等多种电子元件，在进行测量时，为了避免受到外界电磁信号的干扰，压力扫描阀的外部可设置有用于屏蔽的金属壳。当完成压力扫描阀的固定后，将金属壳罩在压力扫描阀上即可。
金属壳可使用铝、铜或铁等金属材料制成，金属壳的形状可设置为长方体形或半球形等。
如图2所示，在本实施例中，还对风洞中的模型的表面压力的测量装置的使用方法进行说明，其使用方法具体可包括如下步骤：
S1，将连接管100与置于风洞中的模型300相连，其中，连接管100与测压孔400相连通；
S2，调整测压模块200的位置，并对测压模块200进行固定，其中，测压模块200位于模型300的下方；
S3，风洞处于初始真空状态，通过真空压力计获得此时风洞中的压力值为P0，同时，还将测压模块200归零并以此作为测压模块200零点；
S4，开启风洞，通过测压模块200获得测压孔400的压力为P1。
其中，P0与P1的和即为模型300表面上测压孔400对应的位置的实际压力值。
液体的液面高度会测得压力产生一定影响，所以需要固定测压模块200的位置，以减小测量的误差。
在具体操作中，S2和S3的顺序可以进行调整，即在完成归零操作后，再固定测压模块200。但需要注意的是，完成归零操作后，就无需再调整测压模块200的位置，测压模块200应被固定在归零操作时所处的位置。
液体在自身重量的作用下会对测压模块200施加压力；同时，风洞在初始真空状态下，进入测压孔400中的气体会对连接管100内的液体产生一定的压力。
基于上述两点原因，进行归零操作，可使得测压模块200更加快速、准确地测量出压力。具体的，归零操作就是把测压模块200测得的初始压力值更改为零值，之后再进行测量时，测压模块200测出的压力加上风洞中的初始压力便为测压孔在模型300表面上测压孔所对应的位置的实际压力值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，包括内部设置有液体的连接管和用于测量所述液体底部压力的测压模块；
所述连接管的一端用于连接设置于模型的表面的测压孔，所述连接管的另一端与所述测压模块相连，其中，所述连接管与所述测压孔相连通。
2.根据权利要求1所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，所述测压模块包括压力扫描阀，所述压力扫描阀上设置有压力传感器；
所述液体的底部与所述压力传感器的感应部位相接触。
3.根据权利要求1所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，所述液体的液面与所述测压孔之间的间距大于0。
4.根据权利要求1所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，所述液体包括蒸馏水或甘油。
5.根据权利要求1所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，所述连接管为玻璃纤维管。
6.根据权利要求1所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，所述测压孔和所述测压模块均与所述连接管密封连接。
7.根据权利要求1所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，所述连接管通过卡箍与所述模型和所述测压模块相连。
8.根据权利要求1所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，所述测压模块上设置有用于对其进行固定的固定件。
9.根据权利要求8所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置，其特征在于，所述固定件包括螺栓。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的风洞中的模型的表面压力的测量装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述连接管与置于风洞中的所述模型相连，其中，所述连接管与所述测压孔相连通；调整所述测压模块的位置，并对所述测压模块进行固定，其中，所述测压模块位于所述模型的下方；风洞处于初始真空状态，通过真空压力计获得此时风洞中的压力值为P0，同时，还将所述测压模块归零并以此作为所述测压模块零点；开启风洞，通过所述测压模块获得所述测压孔的压力为P1，其中，P0与P1的和即为所述模型表面上测压孔对应的位置的实际压力值。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112268684A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-01-26 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 低速风洞旋翼模型可变方位角表面压力测量系统及方法 |
| CN113029508A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-06-25 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 一种用于风洞模型底部压力测量的微型组合式压力传感器 |
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