RU138000U1

RU138000U1 - PRESSURE RECEIVER

Info

Publication number: RU138000U1
Application number: RU2013140013/28U
Authority: RU
Inventors: Михаил Алексеевич Головкин; Андрей Викторович Вялков; Андрей Александрович Ефремов; Вадим Викторович Сысоев; Владимир Георгиевич Кравцов; Вячеслав Николаевич Дятлов; Олег Иванович Назаров; Алексей Александрович Кошелев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Аэроприбор - Восход"
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-02-27

Abstract

1. Приемник воздушных давлений, содержащий головную часть с расположенными на ней приемными отверстиями, соединенными пневмоканалами со штуцерами, и присоединенную к ней с тыльной стороны державку, отличающийся тем, что на поверхности головной части расположены турбулизаторы потока.2. Приемник воздушных давлений по п.1, отличающийся тем, что турбулизаторы потока выполнены в виде ребер, образованных в результате сопряжения элементов поверхностей под углом ξ≠0 с кривизной, лежащей в пределахи габаритными размерами в пределах 0.01 Н÷0.4 Н, где Н - минимальный габаритный размер головной части.3. Приемник воздушных давлений по п.2, отличающийся тем, что головная часть имеет форму выпуклого многогранника с числом плоских граней, лежащим в пределах 10÷1000.4. Приемник воздушных давлений по п.3, отличающийся тем, что головная часть имеет форму икосаэдра.5. Приемник воздушных давлений по п.3, отличающийся тем, что головная часть имеет форму додекаэдра.6. Приемник воздушных давлений по п.3, отличающийся тем, что головная часть имеет форму 192-гранника.7. Приемник воздушных давлений по п.3, отличающийся тем, что приемные отверстия расположены на гранях.8. Приемник воздушных давлений по п.1, отличающийся тем, что турбулизаторы потока выполнены в виде выемок глубиной а≤0.1 Н и шириной b≤0.1 Н или выступов высотой а≤0.1 Н и шириной b≤0.1 Н.9. Приемник воздушных давлений по п.1, отличающийся тем, что поверхность державки является гладкой или частично гладкой.10. Приемник воздушных давлений по п.1 или 9, отличающийся тем, что державка выполнена в виде многогранного цилиндра с диаметром d окружности, описанной вокруг поперечного сечения цилиндра, удовле�1. An air pressure receiver comprising a head part with receiving holes located on it, connected by pneumatic channels to the fittings, and a holder attached to it from the back side, characterized in that flow turbulators are located on the surface of the head part. The air pressure receiver according to claim 1, characterized in that the flow turbulators are made in the form of ribs formed by pairing the surface elements at an angle ξ ≠ 0 with a curvature lying within and with overall dimensions within 0.01 N ÷ 0.4 N, where N is the minimum overall size of the head part. 3. The air pressure receiver according to claim 2, characterized in that the head part has the shape of a convex polyhedron with the number of flat faces lying within 10 ÷ 1000.4. The air pressure receiver according to claim 3, characterized in that the warhead is in the form of an icosahedron. The air pressure receiver according to claim 3, characterized in that the warhead is in the form of a dodecahedron. 6. The air pressure receiver according to claim 3, characterized in that the head part has the shape of a 192-faceted. The air pressure receiver according to claim 3, characterized in that the receiving holes are located on the faces. The air pressure receiver according to claim 1, characterized in that the flow turbulators are made in the form of recesses with a depth a≤0.1 N and a width b≤0.1 N or protrusions with a height a≤0.1 N and a width b≤0.1 N. The air pressure receiver according to claim 1, characterized in that the surface of the holder is smooth or partially smooth. The air pressure receiver according to claim 1 or 9, characterized in that the holder is made in the form of a polyhedral cylinder with a diameter d of a circle described around the cross section of the cylinder, satisfying

Description

Заявляемый в качестве полезной модели приемник воздушного давления относится к области авиации, в частности, к устройствам для определения параметров полета летательных аппаратов или параметров потока в аэродинамических трубах, а именно - для измерения трех компонент вектора скорости и статического давления.Declared as a utility model, an air pressure receiver relates to the field of aviation, in particular, to devices for determining flight parameters of aircraft or flow parameters in wind tunnels, namely, for measuring three components of the velocity vector and static pressure.

Приемник воздушного давления (ПВД) является важнейшим компонентом системы измерения воздушных параметров. Полученные с его помощью данные подвергаются дальнейшей обработке, в результате чего определяются значения высоты и скорости полета, передаваемые на индикаторы в кабине экипажа летательного аппарата.An air pressure receiver (LDPE) is an essential component of an air measurement system. The data obtained with its help are further processed, as a result of which the values of altitude and flight speed are determined, which are transmitted to the indicators in the cockpit of the aircraft.

На данный момент существуют приемники воздушного давления самой различной конфигурации:At the moment, there are air pressure receivers of various configurations:

- выполненные в виде удлиненных осесимметричных тел, имеющих головную часть в виде полусферы, конуса или оживала, и несколько приемных отверстий на головной части, соединенных пневмоканалами со штуцерами (Петунии А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. - М.: Машиностроение, 1972);- made in the form of elongated axisymmetric bodies having a head part in the form of a hemisphere, cone or come to life, and several receiving holes on the head part connected by pneumatic channels with fittings (A. Petunia Methods and techniques for measuring gas flow parameters. - M.: Mechanical Engineering , 1972);

- имеющие корпус в виде цилиндрического стержня круглого сечения с приемными отверстиями, расположенными на боковой поверхности корпуса и соединенными пневмоканалами со штуцерами (Петунии А.Н. Характеристики пневмометрических приемников величины и направления скорости при больших числах М. - М.: Труды ЦАГИ, 1976, вып. 1989);- having a body in the form of a cylindrical rod of circular cross section with receiving holes located on the side surface of the body and connected by pneumatic channels with fittings (A. Petunii. Characteristics of pneumometric receivers of magnitude and direction of speed for large numbers M. - M .: Transactions of TsAGI, 1976, vol. 1989);

- имеющие корпус в виде цилиндрического стержня, сечение которого имеет донный срез, а приемные отверстия, расположены как на передней наветренной части корпуса, так и на донном срезе (Головкин М.А., Гуськов В.И., Ефремов А.А. Патент №1723879 на изобретение “Приемник воздушного давления” от 11 марта 1997 г).- having a body in the form of a cylindrical rod, the cross section of which has a bottom slice, and the receiving holes are located both on the front windward part of the body and on the bottom slice (Golovkin M.A., Guskov V.I., Efremov A.A. Patent No. 1723879 for the invention “Air pressure receiver” of March 11, 1997).

Основным недостатком подобных приемников воздушных давлений является невозможность измерения параметров трехмерного потока газа.The main disadvantage of such air pressure receivers is the inability to measure the parameters of a three-dimensional gas flow.

Прототипом является приемник воздушных давлений, имеющий сферическую головную часть с расположенными на ней приемными отверстиями, соединенными пневмоканалами со штуцерами, и прямую или L-образную державку круглого сечения (Kinser et al. United States Patent US 929331 A “Multi-Directional, Three Component Velocity Measurement Pressure Probe” Date of Patent Jul. 27, 1999, Othon K. Rediniotis and Robert E. Kinser. Developement of a Nearly Omnidirectional Velocity Veasurement Pressure Probe. AIAA Journal Vol. 36, No. 10, October 1998, Vijay Ramakrishnan and Othon K. Rediniotis. Development of a 12-Hole Omnidirectional Flow-Velocity Measurement Probe. - AIAA JOURNAL Vol. 45, No. 6, June 2007).The prototype is an air pressure receiver having a spherical head with receiving holes located thereon, connected by pneumatic channels to the fittings, and a straight or L-shaped circular holder (Kinser et al. United States Patent US 929331 A “Multi-Directional, Three Component Velocity Measurement Pressure Probe ”Date of Patent Jul. 27, 1999, Othon K. Rediniotis and Robert E. Kinser. Developement of a Nearly Omnidirectional Velocity Veasurement Pressure Probe. AIAA Journal Vol. 36, No. 10, October 1998, Vijay Ramakrishnan and Othon K. Rediniotis. Development of a 12-Hole Omnidirectional Flow-Velocity Measurement Probe. - AIAA JOURNAL Vol. 45, No. 6, June 2007).

Недостатками данного ПВД являются:The disadvantages of this LDPE are:

- ограниченный диапазон измерения по числам Рейнольдса и скорости набегающего потока;- limited measurement range by Reynolds number and free-stream velocity;

- высокие требования, предъявляемые к качеству поверхности головной части ПВД;- high requirements for the surface quality of the head of the LDPE;

- усложненность конструкции;- complexity of the design;

- ограниченная область практической применимости ПВД.- limited area of practical applicability of LDPE.

Это обусловлено следующими факторами:This is due to the following factors:

1. Известно (Петров К.П. Аэродинамика тел простейшей формы. Научное издание - М.: Издательство «Факториал», 1998.), что с увеличением числа Рейнольдса характер обтекания гладкой сферы изменяется с докритического на сверхкритическое и происходит резкое изменение положения точки отрыва потока. При этом резко по скорости (и, соответственно, числу Рейнольдса) происходит изменение распределения давления по поверхности гладкой сферы. Это приводит к тому, что при построении математической модели ПВД модели требуется учитывать зависимость характера обтекания от числа Рейнольдса, расширять базу данных и вводить определенные поправки. Это, соответственно, усложняет дальнейший расчет компонент вектора скорости и угла атаки на основании построенной математической модели. Для устранения данной проблемы головная часть прототипа спроектирована в виде сферы малого диаметра (d=6.35 мм и d=9.53 мм) (www.aeroprobe.com), в результате чего во всем рабочем диапазоне скоростей (V<320 м/с для сферы с d=6.35 мм и V<70 м/с сферы с d=9.53 мм, там же) и чисел Рейнольдса обтекание головной части имеет докритический характер и пограничный слой на ее поверхности является ламинарным. Однако, как видно из результатов эксперимента, представленных на фиг. 10, и показано в (Петров К.П. Аэродинамика тел простейшей формы. Научное издание - М.: Издательство «Факториал», 1998.), при докритическом обтекании гладкой сферы при числе Рейнольдса Re=85000 отрыв ламинарного пограничного слоя происходит при угле φ≈77° (φ - угол между радиус-векторами точки торможения и точки отрыва пограничного слоя). Это приводит к тому, что для измерения произвольно направленного вектора скорости на поверхности головной части ПВД сделано 18 равномерно и симметрично распределенных отверстий для измерения давления, каждое из которых соединено пневмоканалом со штуцером, что усложняет конструкцию ПВД и увеличивает его вес. Использование меньшего числа равномерно распределенных отверстий при данной конструкции ПВД, в общем случае, неприемлемо, поскольку в этом случае возможно возникновение ситуации (точка торможения совпадает с одним из приемных отверстий), когда давление достоверно измеряется только одним отверстием, а все остальные находятся в зоне отрыва. Кроме того, размеры головной части и присоединенной к ней части державки приводят к необходимости использования пневмоканалов очень малого внутреннего диаметра. В совокупности с большой длиной пневмоканала (для головной части с d=9.53 мм (www.aeroprobe.com) полная длина L-образной державкой l=357 мм) это приводит к значительному времени прохождения сигнала и, соответственно, к запаздыванию в получении результата измерения.1. It is known (Petrov KP Aerodynamics of bodies of the simplest form. Scientific publication - M.: Factorial Publishing House, 1998.) that with an increase in the Reynolds number the nature of the flow around a smooth sphere changes from subcritical to supercritical and there is a sharp change in the position of the separation point flow. In this case, the pressure distribution over the surface of the smooth sphere changes sharply in speed (and, accordingly, Reynolds number). This leads to the fact that when constructing the mathematical model of the LDPE model, it is necessary to take into account the dependence of the flow pattern on the Reynolds number, expand the database, and introduce certain corrections. This, accordingly, complicates the further calculation of the components of the velocity vector and angle of attack based on the constructed mathematical model. To eliminate this problem, the prototype head was designed as a sphere of small diameter (d = 6.35 mm and d = 9.53 mm) (www.aeroprobe.com), as a result of which, over the entire working speed range (V <320 m / s for a sphere with d = 6.35 mm and V <70 m / s of a sphere with d = 9.53 mm, ibid.) and Reynolds numbers, the flow around the head is subcritical and the boundary layer on its surface is laminar. However, as can be seen from the experimental results shown in FIG. 10, and shown in (Petrov KP Aerodynamics of bodies of the simplest form. Scientific publication - M .: Publishing house "Factorial", 1998.), during subcritical flow around a smooth sphere at Reynolds number Re = 85000, the laminar boundary layer is detached at an angle φ ≈77 ° (φ is the angle between the radius vectors of the stagnation point and the separation point of the boundary layer). This leads to the fact that for measuring an arbitrary directional velocity vector on the surface of the head of the LDPE, 18 uniformly and symmetrically distributed holes for measuring pressure are made, each of which is connected by a pneumatic channel to the fitting, which complicates the design of the LDPE and increases its weight. The use of a smaller number of uniformly distributed holes in this LDPE design is generally unacceptable, since in this case a situation may arise (the braking point coincides with one of the receiving holes), when the pressure is reliably measured by only one hole, and all the others are in the separation zone . In addition, the dimensions of the head part and the holder part connected to it lead to the necessity of using pneumatic channels of very small internal diameter. Together with the large length of the pneumatic channel (for the head part with d = 9.53 mm (www.aeroprobe.com) the full length of the L-shaped holder is l = 357 mm) this leads to a significant signal transit time and, consequently, to delay in obtaining the measurement result .

2. Известно, что необходимость обеспечения докритического обтекания сферы и ламинарного пограничного слоя на ее поверхности (без применения специальных устройств для его принудительной ламинаризации, использование которых затруднено в связи с малыми размерами ПВД) выдвигает высокие требования к гладкости поверхности сферы. Наличие на поверхности неровностей или шероховатостей приводит к турбулизации пограничного слоя, в результате чего докритическое обтекание переходит в сверхкритическое (см., например, Прандтль Л. - Титьенс О. Гидро- и аэромеханика. - ОНТИ НКТП СССР, Москва, Ленинград, 1935), что приводит к существенному искажению картины обтекания по сравнению с тем, для которого разработана математическая модель расчета параметров полета.2. It is known that the need to ensure subcritical flow around a sphere and a laminar boundary layer on its surface (without the use of special devices for its forced laminarization, the use of which is difficult due to the small size of the LDPE) makes high demands on the smoothness of the surface of the sphere. The presence of irregularities or roughnesses on the surface leads to turbulization of the boundary layer, as a result of which the subcritical flow turns into supercritical flow (see, for example, Prandtl L. - Titens O. Hydro and aeromechanics. - ONTI NKTP USSR, Moscow, Leningrad, 1935), which leads to a significant distortion of the flow pattern compared with the one for which a mathematical model for calculating flight parameters has been developed.

3. Указанные выше особенности ПВД приводят к тому, что область практического применения прототипа ограничивается только аэродинамическими трубами и испытательными стендами. Использование его на реальных летательных аппаратах не представляется возможным в связи с тем, что на нем (из-за малых размеров) не удается установить ряд систем, обязательных к использованию на ПВД, предназначенных для использования на летательных аппаратах, в частности - системы обогрева, удаления конденсата влаги из пневмоканалов и т.п. Увеличение же размеров данного ПВД невозможно, поскольку это (вследствие ограничения числа Рейнольдса для обеспечения докритического обтекания) снизит диапазон измеряемых скоростей до неприемлемого уровня (V<30 м/с).3. The above features of LDPE lead to the fact that the field of practical application of the prototype is limited only to wind tunnels and test benches. Its use on real aircraft is not possible due to the fact that on it (due to its small size) it is not possible to install a number of systems mandatory for use on LDPE intended for use on aircraft, in particular, heating, removal systems moisture condensate from pneumatic channels, etc. An increase in the size of this LDPE is impossible, since this (due to the limitation of the Reynolds number to ensure subcritical flow) will reduce the range of measured velocities to an unacceptable level (V <30 m / s).

Задачей заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик при упрощении конструкции и технологии изготовления приемника воздушного давленияThe objective of the claimed utility model is to improve performance while simplifying the design and manufacturing technology of the air pressure receiver

Техническим результатом является:The technical result is:

1) обеспечение сверхкритического обтекания головной части ПВД во всем дозвуковом диапазоне скоростей и чисел Рейнольдса вследствие размещения на поверхности головной части турбулизаторов потока;1) ensuring supercritical flow around the head of the LDPE in the entire subsonic range of speeds and Reynolds numbers due to the placement of flow turbulators on the surface of the head;

2) расширение эксплуатационного диапазона скоростей набегающего потока;2) expanding the operational range of speeds of the oncoming flow;

3) упрощение конструкции ПВД;3) simplification of the design of LDPE;

4) расширение области практического применения ПВД.4) expanding the field of practical application of LDPE.

Достигается это за счет того, что приемник воздушных давлений, содержит головную часть с расположенными на ее поверхности приемными отверстиями, соединенными пневмоканалами со штуцерами, и присоединенную к головной части с тыльной стороны державку, на поверхности головной части для осуществления сверхкритического обтекания и устранения влияния числа Re расположены турбулизаторы потока.This is achieved due to the fact that the air pressure receiver contains a head part with receiving holes located on its surface, connected by pneumatic channels with fittings, and a holder attached to the head part from the back side, on the surface of the head part for supercritical flow around and elimination of the influence of the Re number flow turbulators are located.

Технический результат достигается также тем, что турбулизаторы потока выполнены в виде выемок глубиной a ₁≤0.1 H и шириной b₁≤0.1 H или выступов высотой a ₂≤0.1 H и шириной b₂≤0.1 H.The technical result is also achieved by the fact that the flow turbulators are made in the form of recesses with a depth a ₁ ≤0.1 H and a width b ₁ ≤0.1 H or ledges with a height a ₂ ≤0.1 H and a width b ₂ ≤0.1 H.

Технический результат достигается также тем, что турбулизаторы потока выполнены в виде ребер, образованных в результате сопряжения элементов поверхностей под углом ξ≠0 с кривизной, лежащей в пределах

и габаритными размерами в пределах 0.01H÷0.4 H, где H - минимальный габаритный размер головной части.The technical result is also achieved by the fact that the flow turbulators are made in the form of ribs formed as a result of pairing of surface elements at an angle ξ ≠ 0 with a curvature lying within

and overall dimensions within 0.01H ÷ 0.4 H, where H is the minimum overall dimension of the head part.

Технический результат достигается также тем, что головная часть имеет форму выпуклого многогранника с числом плоских граней лежащих в пределах 10÷1000.The technical result is also achieved by the fact that the head part has the shape of a convex polyhedron with the number of flat faces lying within 10 ÷ 1000.

Технический результат достигается также тем, что головная часть имеет форму икосаэдра.The technical result is also achieved by the fact that the head part is in the form of an icosahedron.

Технический результат достигается также тем, что головная часть имеет форму додекаэдра.The technical result is also achieved by the fact that the head part has the form of a dodecahedron.

Технический результат достигается также тем, что головная часть имеет форму 192-гранника, построенного на основе додекаэдра.The technical result is also achieved by the fact that the head part has the shape of a 192-facet, built on the basis of the dodecahedron.

Технический результат достигается также тем, что приемные отверстия расположены на гранях головной части, число приемных отверстий равно 12, а число граней кратно 12.The technical result is also achieved by the fact that the receiving holes are located on the faces of the head part, the number of receiving holes is 12, and the number of faces is a multiple of 12.

Технический результат достигается также тем, что поверхность державки является гладкой и не содержит турбулизаторов или частично гладкой.The technical result is also achieved by the fact that the surface of the holder is smooth and does not contain turbulators or partially smooth.

Технический результат достигается также тем, что державка выполнена в виде многогранного цилиндра с диаметром описанной вокруг поперечного сечения окружности d, удовлетворяющим условию d<Н, а получившиеся в результате сопряжения граней ребра являются турбулизаторами потока.The technical result is also achieved by the fact that the holder is made in the form of a multifaceted cylinder with a diameter d described around the cross section of the circle d, satisfying the condition d <H, and the ribs resulting from the conjugation of the faces are flow turbulators.

На фиг. 1 показана схема внешнего вида приемника воздушных давлений, у которого головная часть составлена из сопряженных друг с другом элементов искривленных поверхностей.In FIG. 1 shows a diagram of the appearance of an air pressure receiver, in which the head part is composed of paired elements of curved surfaces.

На фиг. 2 показана схема внешнего вида приемника воздушных давлений, у которого головная часть имеет форму выпуклого многогранника с числом плоских граней, равным 192.In FIG. 2 shows a diagram of the appearance of an air pressure receiver, in which the head part has the shape of a convex polyhedron with the number of planar faces equal to 192.

На фиг. 3 показана схема внутреннего устройства приемника воздушных давлений.In FIG. 3 shows a diagram of the internal structure of an air pressure receiver.

На фиг. 4 показана схема турбулизаторов потока в виде выемок на поверхности головной части ПВД.In FIG. 4 shows a diagram of flow turbulators in the form of recesses on the surface of the head of the LDPE.

На фиг. 5 показана схема турбулизаторов потока в виде выступов на поверхности головной части ПВД.In FIG. 5 shows a diagram of flow turbulators in the form of protrusions on the surface of the head of the LDPE.

На фиг. 6 показана схема докритического (а) и сверхкритического (б) обтекания сферы и схема обтекания многогранника (в).In FIG. Figure 6 shows a diagram of subcritical (a) and supercritical (b) flows around a sphere and a flow around a polyhedron (c).

На фиг. 7 показана схема турбулизаторов потока в виде ребер, образованных сопряжением двух поверхностей.In FIG. 7 shows a diagram of flow turbulators in the form of ribs formed by mating two surfaces.

На фиг. 8 представлено распределение коэффициента измеряемого давления по поверхности головной части в форме выпуклого многогранника при различных числах Рейнольдса.In FIG. Figure 8 shows the distribution of the measured pressure coefficient over the surface of the head in the form of a convex polyhedron at various Reynolds numbers.

На фиг. 9 представлено распределение коэффициента измеряемого давления по поверхности головной части в форме сферы при различных числах Рейнольдса.In FIG. Figure 9 shows the distribution of the measured pressure coefficient over the surface of the head in the form of a sphere at various Reynolds numbers.

На фиг. 10 представлена зависимость углового положения точки отрыва от числа Рейнольдса для приемников воздушных давлений с головной частью в форме выпуклого многогранника и сферы.In FIG. 10 shows the dependence of the angular position of the separation point on the Reynolds number for air pressure receivers with a head part in the form of a convex polyhedron and sphere.

Заявляемый в качестве полезной модели приемник воздушного давления, выполненный из головной части 1 с приемными отверстиями 2, соединенными пневмоканалами 3 со штуцерами 4, и державки 5 (фиг. 1, 2, 3). Приемник сконструирован таким образом, что может определять статическое давление набегающего потока и вектор скорости независимо от его ориентации и действовать в широком диапазоне чисел Рейнольдса при несжимаемых режимах течения.Declared as a utility model, an air pressure receiver made of a head part 1 with receiving holes 2 connected by pneumatic channels 3 with fittings 4, and holder 5 (Fig. 1, 2, 3). The receiver is designed in such a way that it can determine the static pressure of the incoming flow and the velocity vector, regardless of its orientation, and operate in a wide range of Reynolds numbers under incompressible flow conditions.

Предложенная для устранения влияния числа Рейнольдса геометрия приемника воздушного давления (головной части и державки), оригинальна тем, что его поверхность не является гладкой, а содержит специальным образом сформированные турбулизаторы потока 6 (фиг. 1, 2). В качестве турбулизаторов могут служить расположенные на поверхности приемника воздушных давлений выемки (фиг. 4) или выступы (фиг. 5). Форма выемок или выступов может отличаться от приведенных на фиг. 4 и 5. Расположенные на поверхности ПВД турбулизаторы являются генераторами локальных отрывов, в которых происходит интенсивная диссипация энергии и, тем самым, затягивается возникновение глобального отрыва потока. Это приводит к тому, что обтекание головной части ПВД во всем рабочем диапазоне чисел Рейнольдса является сверхкритическим. Схема до- и сверхкритического обтекания сферы, а также многогранника представлена на фиг. 6.The geometry of the air pressure receiver (head and holder) proposed to eliminate the influence of the Reynolds number is original in that its surface is not smooth, but contains specially formed flow turbulators 6 (Fig. 1, 2). As turbulators can serve recesses located on the surface of the air pressure receiver (Fig. 4) or protrusions (Fig. 5). The shape of the recesses or protrusions may differ from those shown in FIG. 4 and 5. The turbulizers located on the surface of the LDPE are generators of local breakaways in which intense energy dissipation occurs and, thereby, the occurrence of global flow separation is delayed. This leads to the fact that the flow around the head of the LDPE in the entire working range of Reynolds numbers is supercritical. A diagram of the pre- and supercritical flow around the sphere, as well as the polyhedron, is shown in FIG. 6.

В качестве одного из вариантов рассмотрим приемник воздушных давлений, головную часть которого представляет собой многогранник, в точном математическом смысле не являющийся правильным, поверхность которого образована плоскими гранями, а турбулизаторами потока являются ребра, образованные в результате сопряжения этих граней (фиг. 7).As one of the options, we consider an air pressure receiver, the head of which is a polyhedron, which in the exact mathematical sense is not regular, whose surface is formed by flat faces, and the fins formed by pairing these faces are flow turbulators (Fig. 7).

Для получения геометрической формы многогранного ПВД использовались следующие правильные многогранники:To obtain the geometric shape of a polyhedral LDPE, the following regular polyhedrons were used:

1. Правильный двадцатигранник (икосаэдр), имеющий 20 граней (правильные треугольники) и 12 вершин, определяемых набором вершин трех сцентрированных ортогональных прямоугольников;1. A regular hexahedron (icosahedron) having 20 faces (regular triangles) and 12 vertices defined by a set of vertices of three centered orthogonal rectangles;

2. Правильный двенадцатигранник (додекаэдр) имеющий 12 граней в виде правильных пятиугольников, образованных пересечением плоскостей, проходящих через вершины икосаэдра перпендикулярно радиус-векторам вершин.2. A regular dodecahedron (dodecahedron) having 12 faces in the form of regular pentagons formed by the intersection of planes passing through the vertices of the icosahedron perpendicular to the radius vectors of the vertices.

Как показали результаты испытаний, наибольший эффект дает применение головной части в форме 192-гранника, построенного на основе додекаэдра. Данный приемник воздушных давлений представлен на фиг. 2. 192-гранник получается добавлением на каждую грань додекаэдра выпуклого многогранника, одна из граней которого совпадает с гранью додекаэдра (назовем ее основанием) - это внутренняя грань, еще одна грань параллельна, подобна и соосна с основанием - это внешняя центральная грань, остальные 15 внешних граней - неправильные треугольники. Кроме того, дополнительный многогранник имеет 5 внутренних «боковых» граней, по которым происходит сопряжение с соседними гранями. Форма треугольных граней определяется размером центральной грани. При сопряжении граней многогранника образуются ребра, которые для данного варианта ПВД являются турбулизаторами потока. Приемные отверстия (12 штук) расположены вдоль радиус-векторов центров граней додекаэдра в центрах внешних центральных граней дополнительных многогранников.As the test results showed, the greatest effect is obtained by the use of the warhead in the form of a 192-facet, built on the basis of the dodecahedron. This air pressure receiver is shown in FIG. 2. A 192-facet is obtained by adding a convex polyhedron to each face of the dodecahedron, one of the faces of which coincides with the face of the dodecahedron (let's call it the base) - the other is parallel, similar and aligned with the base - this is the outer central face, the rest 15 external faces - irregular triangles. In addition, the additional polyhedron has 5 internal “side” faces, along which conjugation with neighboring faces occurs. The shape of the triangular faces is determined by the size of the central face. When the faces of the polyhedron are conjugated, edges are formed, which for this LDPE variant are flow turbulators. The receiving holes (12 pieces) are located along the radius vectors of the centers of the faces of the dodecahedron in the centers of the outer central faces of the additional polyhedra.

Державка может быть выполнена в виде правильного 12-гранного цилиндра с диаметром описанной окружности d равным 0.4 от минимального габаритного размера головной части H. Ось державки проходит через центр и одну из вершин базового додекаэдра, то есть державка проходит между тремя приемными отверстиями на равном расстоянии от них. Длина державки должна быть не меньше двух минимальных габаритных размеров головной части от ближайшей к державке вершины 192-гранника, лежащей на его оси.The holder can be made in the form of a regular 12-sided cylinder with the diameter of the circumscribed circle d equal to 0.4 of the minimum overall size of the head part H. The axis of the holder passes through the center and one of the vertices of the base dodecahedron, that is, the holder passes between the three receiving holes at an equal distance from them. The length of the holder should be at least two minimum overall dimensions of the head from the vertex of the 192-facet nearest to the holder, lying on its axis.

Принцип работы приемника воздушного давления заключается в следующем.The principle of operation of the air pressure receiver is as follows.

Давления, воспринимаемые приемными отверстиями, передаются по пневмоканалам и измеряются измерительными приборами, присоединенными к штуцерам. Сам приемник предварительно градуируется в аэродинамической трубе, по результатам градуировок составляется математическая модель ПВД, которая в виде интерполяционных таблиц, перекрывающих весь диапазон рабочих скоростей и углов скоса потока, помещается в память вычислительного блока. По измеренным давлениям определяется положение точки торможения потока на головной части ПВД и определяются приемные отверстия, находящиеся в области безотрывного обтекания. Затем, используя данные о давлениях, измеренных в области безотрывного обтекания, с помощью заложенного в вычислительный блок алгоритма ПВД, рассчитываются модуль и направление вектора скорости набегающего потока, а также величина статического давления.The pressures received by the inlet openings are transmitted via pneumatic channels and are measured by measuring instruments connected to the fittings. The receiver itself is pre-graduated in a wind tunnel, according to the results of the calibrations, a mathematical model of the LDPE is compiled, which is placed in the memory of the computing unit in the form of interpolation tables covering the entire range of working speeds and bevel angles. From the measured pressures, the position of the flow deceleration point on the head of the LDPE is determined and the receiving holes located in the region of continuous flow are determined. Then, using the data on the pressures measured in the region of continuous flow around, using the LDPE algorithm embedded in the computational unit, the module and direction of the free-stream velocity vector, as well as the value of static pressure, are calculated.

На фиг. 8 и 9 представлено полученное по результатам испытаний в аэродинамической трубе распределение коэффициента давления по поверхности головной части ПВД с числом граней N=192 и сферы при различных числах Рейнольдса. Сравнивая полученные зависимости с графиками из книги Петрова К.П. Аэродинамика тел простейшей формы. Научное издание - М.: Издательство «Факториал», 1998, можно заметить, что во всем рассмотренном диапазоне чисел Рейнольдса обеспечивается сверхкритическое обтекание головной части многогранного ПВД (отрыв происходит при φ≈93°, где φ - угол между радиус-векторами точки торможения и точки отрыва пограничного слоя, коэффициент давления в точке отрыва C_p<-0.9, поведение коэффициента давления после отрыва соответствует сверхкритическому режиму обтекания). Для ПВД со сферической головной частью, напротив, характер обтекания зависит от числа Рейнольдса. На фиг. 9 видно, что при Re=34246 обтекание сферы является докритическим, а при Re=342465 - сверхкритическим.In FIG. Figures 8 and 9 show the distribution of the pressure coefficient over the surface of the LDPE head with the number of faces N = 192 and the sphere at various Reynolds numbers obtained from tests in a wind tunnel. Comparing the obtained dependencies with the graphs from the book of Petrov K.P. Aerodynamics of bodies of the simplest form. Scientific publication - M .: Factorial Publishing House, 1998, it can be noted that over the entire considered range of Reynolds numbers, a supercritical flow around the head of a multifaceted LDPE is provided (separation occurs at φ≈93 °, where φ is the angle between the radius vectors of the braking point and the separation points of the boundary layer, the pressure coefficient at the separation point C _p <-0.9, the behavior of the pressure coefficient after separation corresponds to the supercritical flow regime). For LDPE with a spherical warhead, on the contrary, the flow pattern depends on the Reynolds number. In FIG. Figure 9 shows that at Re = 34246 the flow around the sphere is subcritical, and at Re = 342465 it is supercritical.

На фиг. 10 представлены полученные по результатам испытаний в аэродинамической трубе зависимости углового положения точки отрыва пограничного слоя от числа Рейнольдса для ПВД с головной частью в форме многогранника с числом граней N=192 и сферы. Хорошо видно, что у ПВД с головной частью в форме многогранника во всем рассмотренном диапазоне чисел Рейнольдса отрыв происходит в точках с угловой координатой φ>93°, что соответствует сверхкритическому режиму обтекания. В то же время у ПВД со сферической головной частью область безотрывного обтекания при малых числах Рейнольдса, соответствующих докритическому обтеканию, отрыв происходит в точках с угловой координатой φ<80°.In FIG. Figure 10 shows the dependences of the angular position of the separation point of the boundary layer on the Reynolds number for the LDPE with the warhead in the form of a polyhedron with the number of faces N = 192 and a sphere obtained from the results of tests in a wind tunnel. It is clearly seen that in LDPE with a head part in the form of a polyhedron, in the entire range of Reynolds numbers considered, separation occurs at points with an angular coordinate φ> 93 °, which corresponds to the supercritical flow regime. At the same time, in LDPE with a spherical head part, the region of continuous separation flow at small Reynolds numbers corresponding to subcritical flow, separation occurs at points with an angular coordinate φ <80 °.

Независимость характера обтекания ПВД от числа Рейнольдса снимает ограничения на размеры его головной части, что дает возможность измерять вектор скорости во всем дозвуковом диапазоне. Кроме того, увеличение размеров головной части позволяет увеличить диаметр приемных отверстий и пневмоканалов, что уменьшает вероятность отказа ПВД вследствие механического воздействия, а также уменьшает запаздывание в получении результата измерения.The independence of the nature of the flow around the LDPE from the Reynolds number removes restrictions on the dimensions of its head part, which makes it possible to measure the velocity vector in the entire subsonic range. In addition, increasing the size of the head allows you to increase the diameter of the receiving holes and pneumatic channels, which reduces the likelihood of LDPE failure due to mechanical stress, and also reduces the delay in obtaining the measurement result.

Заявляемый ПВД позволяет измерять параметры воздушного потока при произвольном направлении вектора скорости, а прототип - только при векторе скорости не более 30° по отношению к оси симметрии. При этом на 20-35% увеличивается точность измерения воздушного потока.The inventive LDPE allows you to measure the air flow with an arbitrary direction of the velocity vector, and the prototype only with a velocity vector of not more than 30 ° relative to the axis of symmetry. At the same time, the accuracy of measuring air flow increases by 20-35%.

Кроме того, увеличение размера ПВД позволяет разместить на нем систему обогрева и удаления сконденсировавшейся влаги. Все это дает возможность применения приемника воздушных давлений на различных типах летательных аппаратов.In addition, the increase in the size of the LDPE allows you to place on it a heating system and remove condensed moisture. All this makes it possible to use an air pressure receiver on various types of aircraft.

Заявляемый ПВД позволяет (при сохранении возможности измерения произвольно направленного вектора скорости) уменьшить количество требуемых приемных отверстий с 18 до 12. Тем самым уменьшается количество используемых пневмоканалов и штуцеров, упрощается конструкция и технология изготовления ПВД.The inventive LDPE allows (while maintaining the ability to measure an arbitrary directional velocity vector) to reduce the number of required receiving holes from 18 to 12. This reduces the number of used pneumatic channels and fittings, simplifies the design and manufacturing technology of LDPE.

Таким образом, заявляемый ПВД позволяет достичь следующих технических результатов:Thus, the claimed LDPE allows to achieve the following technical results:

Значит, поставленная задача улучшения эксплуатационных характеристик при упрощении конструкции и технологии изготовления приемника воздушного давления, полностью достигнута.This means that the task to improve operational characteristics while simplifying the design and manufacturing technology of the air pressure receiver is fully achieved.

Claims

1. An air pressure receiver comprising a head part with receiving holes located on it, connected by pneumatic channels to the fittings, and a holder attached to it from the rear, characterized in that flow turbulators are located on the surface of the head part.

2. The air pressure receiver according to claim 1, characterized in that the flow turbulators are made in the form of ribs formed by pairing surface elements at an angle ξ ≠ 0 with a curvature lying within

and overall dimensions in the range of 0.01 N ÷ 0.4 N, where N is the minimum overall size of the head part.

3. The air pressure receiver according to claim 2, characterized in that the head part has the shape of a convex polyhedron with the number of flat faces lying within 10 ÷ 1000.

4. The air pressure receiver according to claim 3, characterized in that the head part is in the form of an icosahedron.

5. The air pressure receiver according to claim 3, characterized in that the warhead is in the form of a dodecahedron.

6. The air pressure receiver according to claim 3, characterized in that the head part has the shape of a 192-sided.

7. The air pressure receiver according to claim 3, characterized in that the receiving holes are located on the faces.

8. The air pressure receiver according to claim 1, characterized in that the flow turbulators are made in the form of grooves with a depth of a ₁ ≤0.1 N and a width b ₁ ≤0.1 N or protrusions with a height a ₂ ≤0.1 N and a width b ₂ ≤0.1 N.

9. The air pressure receiver according to claim 1, characterized in that the surface of the holder is smooth or partially smooth.

10. The air pressure receiver according to claim 1 or 9, characterized in that the holder is made in the form of a polyhedral cylinder with a diameter d of a circle described around a cylinder cross section satisfying the condition d <H.