KR200367363Y1

KR200367363Y1 - 9 Hole Pressure Probe Measuring Three-dimensional Flow

Info

Publication number: KR200367363Y1
Application number: KR20-2004-0023628U
Authority: KR
Inventors: 조 원 장
Original assignee: 조 원 장
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2004-11-10

Abstract

본 고안은 유체역학적 3차원 흐름의 특성을 저렴한 비용으로 간단하면서도 정확하게 예측할 수 있는 압력 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 받음각이 큰 항공기 주위나 자동차 후류의 흐름각이 큰 3차원의 복잡한 흐름 성질을 시간에 대한 평균값으로 측정하여 3차원 공간상에서의 흐름속도를 획득할 수 있는 9공 압력프로브에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure measuring device capable of predicting the characteristics of hydrodynamic three-dimensional flow simply and accurately at low cost. More specifically, the three-dimensional complex flow property having a large angle of flow around a large angle of attack or behind a car It relates to a 9-hole pressure probe that can be obtained by measuring the average value over time to obtain the flow rate in the three-dimensional space.

본 고안에 따른 9공 압력프로브(nine-hole pressure probe)는 전방 정체점 중앙에 1개의 압력구멍(1)과 그 둘레 방향에 45°간격으로 8개의 압력구멍(2)을 뚫어 제작한다. 본 고안에 따른 9공 압력프로브는 시간에 따라 압력이 변하지 않는 정상상태(steady-state)에서 만이 측정이 가능하고, 높은 정확성을 지니면서 약 80°까지의 흐름각도를 측정할 수 있다. 9공 압력프로브는 9개의 오리피스 압력을 근거로 3차원 공간상에서 흐름속도의 3차원 성분 모두를 제공할 수 있는 특징이 있다.A nine-hole pressure probe according to the present invention is manufactured by drilling one pressure hole 1 at the center of the front stagnation point and eight pressure holes 2 at 45 ° intervals in the circumferential direction thereof. The 9-hole pressure probe according to the present invention can be measured only in a steady-state in which pressure does not change with time, and can measure a flow angle up to about 80 ° with high accuracy. The nine-hole pressure probe has the characteristic of providing all three-dimensional components of the flow velocity in three-dimensional space based on nine orifice pressures.

Description

9 Hole Pressure Probe Measuring Three-dimensional Flow}

본 고안은 유체역학적 3차원 흐름의 특성을 저렴한 비용으로 간단하면서도 정확하게 예측할 수 있는 압력 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 받음각이 큰 항공기 주위나 자동차 주류의 흐름각이 큰 3차원의 복잡한 흐름 성질을 시간에 대한 평균값으로 측정하여 3차원 공간상에서의 흐름속도 성분을 획득할 수 있는 9공 압력프로브에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure measuring device capable of predicting the characteristics of hydrodynamic three-dimensional flow simply and accurately at low cost. More specifically, the three-dimensional complex flow property of a large angle of flight around an aircraft or a large mainstream vehicle It relates to a 9-hole pressure probe that can be obtained by measuring the average value over time to obtain the flow rate component in the three-dimensional space.

일반적으로 비행기, 자동차 등의 시험모델의 후류를 측정하는 방법으로는 후류의 total head 분포를 즉시 나타낼 수 있는 기법인 후류 이미징(wake imaging)과 total head와 흐름속도의 3차원 성분 모두를 정량적으로 조사하는 3차원 측정(three-dimensional surveys)이 있다. 이러한 측정에는 압력프로브를 이용하거나 열선풍속계(hot-wire anemometer), 또는 레이저 도플러 유속계(laser doppler velocimeter)를 이용한다. 3차원 흐름에서는 5공 및 7공 압력프로브나 3축 열선풍속계, 또는 3차원 레이저 도플러 유속계(L.D.V.)를 사용하여 측정하여야 하는데, 5공 및 7공 압력프로브는 비정상(unsteady) 흐름에서는 사용할 수 없지만 열선풍속계와 L.D.V.에 비하여 제작비용이 싸고 측정이 간편하여 많이 사용하고 있다.In general, the wake measurement method of a test model such as an airplane or a vehicle is quantitatively investigate both wake imaging, a technique that can immediately display the total head distribution of the wake, and the three-dimensional components of the total head and the flow velocity. There are three-dimensional surveys. These measurements use pressure probes, hot-wire anemometers, or laser doppler velocimeters. Three-dimensional flow should be measured using a five-hole and seven-hole pressure probe, a three-axis hot air anemometer, or a three-dimensional laser Doppler flowmeter (LDV). Five- and seven-hole pressure probes cannot be used in unsteady flow. Compared to a thermo-pyrometer and LDV, it is cheaper to manufacture and is easy to measure and is used a lot.

다공 압력프로브는 프로브 축에 대하여 40°까지 측정할 수 있는 압력프로브를 고정시켜 측정하는 Non-nulling 방법과 국부 흐름각이 60°가 넘는 높은 흐름각을 갖는 유동장을 측정하도록 압력프로브를 회전시키거나 위치받음각을 변경시키는 Nulling 방법으로 구분된다. 이러한 다공 압력프로브는 5공 압력프로브에 비하여 흐름각이 큰 경우에도 사용할 수 있고 성능면에서도 우수한 7공 압력프로브를 더 선호하게 된다. 다공 압력프로브중에서 7공 압력프로브는 중앙에 1개의 압력구멍과 주위에 4개의 압력구멍을 뚫어 제작하는 5공 압력프로브와 달리 주위에 6개의 구멍을 뚫어 제작한다. 그러나 이미 개발되어 선진 외국에서 판매중인 7공 압력프로브는 캘리브레이션을 할 때 기준을 만족하지 못할 뿐만 아니라, 파괴되기 쉬운 단점이 있으므로 높은 신뢰성과 반복성을 갖춘 9공 압력프로브의 개발을 필요로 하고 있다.The porous pressure probe is a non-nulling method that measures by holding a pressure probe that can measure up to 40 ° with respect to the probe axis, and rotates the pressure probe to measure a flow field with a high flow angle with a local flow angle of more than 60 °. It is divided into Nulling method to change the position angle. These porous pressure probes can be used even when the flow angle is large compared to the five-hole pressure probe and the preferred 7-hole pressure probe excellent in terms of performance. In the multi-hole pressure probe, the seven-hole pressure probe is manufactured by drilling six holes in the periphery, unlike the five-hole pressure probe in which one pressure hole is formed in the center and four pressure holes in the periphery. However, the 7-hole pressure probes already developed and sold in advanced foreign countries do not meet the criteria when calibrating, and they have a disadvantage of being easily destroyed, requiring the development of 9-hole pressure probes with high reliability and repeatability.

본 고안은 기존의 5공 및 7공 압력프로브가 지닌 한계를 극복할 수 있는 9공 압력프로브의 개발에 관한 것이다. 높은 정확성과 제작의 편이성을 지닌 9공 압력프로브의 제작은 압력프로브 주위의 복잡한 유동에 대하여 정확한 이해가 바탕이되어야 한다.The present invention relates to the development of a nine-hole pressure probe that can overcome the limitations of the existing five- and seven-hole pressure probe. The construction of a 9-hole pressure probe with high accuracy and ease of manufacture should be based on an accurate understanding of the complex flow around the pressure probe.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 이미 알려진 제트흐름(흐름각, 전압, 정압)에 9공 압력프로브를 설치한 후 프로브 압력을 측정하여 다항식의 보정상수를 구하는 보정실험(캘리브레이션)을 수행한다. 캘리브레이션(calibration)을 마친 후 미지의 흐름장에 압력프로브를 설치하고 실험한다면 국부적인 흐름특성을 조사할 수 있게 된다. 이러한 절차는 상당히 복잡하고 힘든 작업이며 압력프로브 자체의 신뢰성과 반복성이 중요하다. 따라서 본 고안은 유동측정에 있어 정밀하고 제작이 용이한 9공 압력프로브를 개발하여야 하는 기술적 과제가 있다.The present invention to achieve this purpose is to perform a calibration experiment (calibration) to obtain a correction constant of the polynomial by measuring the probe pressure after installing a nine-hole pressure probe in a known jet flow (flow angle, voltage, static pressure) . After calibration, a pressure probe can be installed and tested in an unknown flow field to investigate local flow characteristics. This procedure is quite complicated and difficult and the reliability and repeatability of the pressure probe itself is important. Therefore, the present invention has a technical problem to develop a precise and easy to manufacture 9-hole pressure probe in the flow measurement.

도 1은 본 고안에 따른 9공 압력프로브의 형상1 is a shape of the nine-hole pressure probe according to the present invention

도 2는 본 고안에 따른 높은 흐름각에 놓인 9공 압력프로브 주위의 유동2 is a flow around a 9-hole pressure probe at a high flow angle in accordance with the present invention.

도 3은 본 고안에 따른 9공 압력프로브에서 영역구분Figure 3 is the area classification in the nine-hole pressure probe according to the present invention

도1은 본 고안에 따른 9공 압력프로브의 형상을 나타낸 것이다. 본 고안에 따른 9공 압력프로브는 중앙에 1개의 압력구멍(1)과 주위에 8개의 압력구멍(2)을 뚫어 제작하고, 프로브 축에 대하여 최대 80°까지의 흐름각도에서 국부 전압(total pressure)과 정압(static pressure)을 측정하여 3차원 공간상에서의 속도성분(x 방향, y 방향, z 방향 속도)을 구할 수 있다.Figure 1 shows the shape of the nine-hole pressure probe according to the present invention. The nine-hole pressure probe according to the present invention is manufactured by drilling one pressure hole (1) in the center and eight pressure holes (2) around it, and local pressure (total pressure) at a flow angle of up to 80 ° with respect to the probe axis. ) And static pressure can be measured to obtain velocity components (speed in x, y, and z directions) in three-dimensional space.

도2는 본 고안에 따른 높은 받음각일 때의 9공 압력프로브 주위 유동을 나타낸 것으로, 압력프로브의 상단부분에 위치한 압력구멍(3)에서의 흐름은 분리(separation)된다. 그러나 압력프로브를 향해 불어오는 상대 흐름각도가 낮은 경우에는 9공 압력프로브의 중앙 압력구멍에서의 압력과 8개의 주위 압력구멍 평균과의 차이로 흐름성질을 결정할 수 있다. 만약 높은 흐름각을 갖는 유동을 측정하는 경우, 분리된 영역(separated region)에 있는 구멍(3)에서의 압력은비정상(unsteady)이며, 흐름각 변화에 둔감하므로 이러한 압력을 의미 있는 계수로 사용하는 것은 불가능하다. 그러므로 높은 받음각을 갖는 흐름을 측정하기 위한 압력계수는 부착된 흐름(attached flow)에 있는 구멍의 압력(4)만으로 정의되어야 한다. 이를 좀 더 자세히 설명하기 위하여 흐름이 난류(turbulent flow)인 경우 원통(circular cylinder)의 분리점(separation point)은 정면 정체점(stagnation point)에서 약 100°정도 이므로, 이를 9공 압력프로브에 적용한다면 압력구멍 3,4,5,6,7에서 부착된 흐름이 있고, 압력구멍 1에서는 분리된 흐름이, 압력구멍 2,8에서는 불확실하다고 간주될 수 있다. 이와 같이 부착된 흐름에서의 압력구멍들만을 이용하여 흐름각도에 예민한 압력계수를 정의할 수 있게 된다. 본 고안에 따른 9공 압력프로브는 압력구멍 9를 중앙에 놓은 상태에서 45°영역(360°/8개의 압력구멍)에서만 사용이 가능하다. 이와 같은 방법으로 나머지 7개의 압력구멍에 대하여 적용할 수 있다.Figure 2 shows the flow around the nine-hole pressure probe at high angle of attack according to the present invention, the flow in the pressure hole (3) located at the upper end of the pressure probe is separated. However, when the relative flow angle blowing toward the pressure probe is low, the flow quality can be determined by the difference between the pressure at the central pressure hole of the nine-hole pressure probe and the average of eight ambient pressure holes. If measuring flows with high flow angles, the pressure in the orifice 3 in the separated region is unsteady and insensitive to changes in flow angle, so use this pressure as a meaningful factor. It is impossible. Therefore, the pressure coefficient for measuring the flow with high angle of attack should be defined only by the pressure 4 of the hole in the attached flow. To explain this in more detail, if the flow is turbulent, the separation point of the cylindrical cylinder is about 100 ° from the front stagnation point, so apply it to the 9-hole pressure probe. If so, there may be an attached flow in the pressure holes 3, 4, 5, 6 and 7, and a separate flow in the pressure hole 1 and uncertainty in the pressure holes 2 and 8. Only the pressure holes in the attached flow can be used to define a pressure coefficient sensitive to the flow angle. The 9-hole pressure probe according to the present invention can be used only in a 45 ° region (360 ° / 8 pressure holes) with the pressure hole 9 centered. In this way, the remaining seven pressure holes can be applied.

도 3은 본 고안에 따른 9공 압력프로브에서 영역을 9군데로 구분(5)하여 나타낸 것이다. 측정하고자 하는 유동의 흐름각이 클 경우 9공 압력프로브 주위의 흐름을 부착된 흐름(attached flow)과 분리된 흐름(separated flow)뿐만 아니라 압력구멍 위치에 따라 8개의 영역으로 구분(5)하여 이와 관련된 압력계수를 정의하여야 한다. 이와 같이 9공 압력프로브를 9개의 영역(5)으로 구분하고 관련된 압력계수를 정의한 후, 다항식으로 표현한다면 흐름성질을 파악할 수 있게 된다. 다항식(polynomial)에서 보정상수는 보정실험(캘리브레이션) 데이터로부터 결정된다. 즉 보정실험(calibration)은 이미 알려진 제트흐름(흐름각, 전압, 정압)에 압력프로브를 설치한 후 프로브 압력을 측정하여 다항식의 보정상수를 구하는 것이다. 이러한 보정실험을 마친 후 미지의 흐름장에 9공 압력프로브를 설치하고 실험을 수행하면, 유동의 국부적인 흐름특성을 조사할 수 있게 된다.Figure 3 is shown by dividing the area into nine areas (5) in the nine-hole pressure probe according to the present invention. When the flow angle of the flow to be measured is large, the flow around the 9-hole pressure probe is divided into 8 regions according to the position of the pressure hole as well as the attached flow and the separated flow (5). Associated pressure coefficients should be defined. In this way, if the nine-hole pressure probe is divided into nine regions (5) and the related pressure coefficients are defined, it is possible to grasp the flow quality if expressed in a polynomial. In a polynomial, the correction constants are determined from calibration data. In other words, the calibration experiment (calibration) is to install the pressure probe to the known jet flow (flow angle, voltage, static pressure) and then to measure the probe pressure to obtain the polynomial correction constant. After completing these calibration experiments, if a 9-hole pressure probe is installed in an unknown flow field and the experiment is performed, the local flow characteristics of the flow can be investigated.

본 고안에 따른 9공 압력프로브는 유체역학적 3차원 흐름의 특성을 기존의 5공 및 7공 압력프로브에 비해 간단하면서도 정확하게 측정할 수 있는 압력 측정 장치이다. 현재 미국 등 선진외국에서 이미 개발된 7공 압력프로브는 기존의 캘리브레이션 기준을 만족하지 못할 뿐만 아니라 가격이 비싸고 파괴되기 쉬운 단점이 있지만, 본 고안에 따른 9공 압력프로브는 3차원 유동을 좀 더 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.The 9-hole pressure probe according to the present invention is a pressure measuring device that can measure the hydrodynamic three-dimensional flow characteristics more simply and accurately than the conventional 5- and 7-hole pressure probes. Currently, 7-hole pressure probes already developed in advanced foreign countries, such as the United States, do not meet the existing calibration standards, and are expensive and easy to destroy. However, the 9-hole pressure probes according to the present invention are more accurate in three-dimensional flow. There is a measurable advantage.

본 고안에 따른 9공 압력프로브는 3차원 흐름에 직접 적용하여 속도, 흐름각, 전압력, 정압력 등을 오차가 작은 상태에서 측정을 가능하게 한다. 따라서 본 고안에 따른 9공 압력프로브는 대학, 연구소, 기업 등에서 유체관련 연구 및 개발부서에서 오차가 작은 속도성분을 측정하기 위하여 반드시 필요한 장비이다.9-hole pressure probe according to the present invention can be applied directly to the three-dimensional flow, it is possible to measure the speed, flow angle, voltage force, static pressure, etc. in a small error state. Therefore, the 9-hole pressure probe according to the present invention is an essential equipment for measuring velocity components with small errors in research and development departments related to fluids in universities, research institutes, and companies.

Claims

One pressure hole (1) at the center of the front stagnation point and eight pressure holes (2) are drilled at 45 ° intervals in the center of the pressure hole, and the nine-hole pressure probe can measure the speed of three-dimensional flow.

The straight nine-hole pressure probe according to claim 1, wherein the stem connected to the portion where the pressure hole is drilled is connected in a straight line.

The 9-hole pressure probe according to claim 1, wherein the stem connected to the portion where the pressure hole is drilled is bent by 90 degrees.