RU2018100C1 - Method and device for determining resultant pressure forces acting upon aircraft surface - Google Patents

Method and device for determining resultant pressure forces acting upon aircraft surface Download PDF

Info

Publication number
RU2018100C1
RU2018100C1 SU4780138A RU2018100C1 RU 2018100 C1 RU2018100 C1 RU 2018100C1 SU 4780138 A SU4780138 A SU 4780138A RU 2018100 C1 RU2018100 C1 RU 2018100C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
static pressure
model
pressure
channel
determining
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Г. Караджи
В.Г. Карелин
И.В. Плетнев
А.А. Семенченко
Original Assignee
Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" filed Critical Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия"
Priority to SU4780138 priority Critical patent/RU2018100C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2018100C1 publication Critical patent/RU2018100C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

FIELD: experimental aerogasdynamics. SUBSTANCE: method involves the steps of: measuring static pressure on portions with the same orientation of a mock-up surface within a portion, determining an average value of static pressure for each portion being measured, adding average values of static pressure of the portions of aircraft mock-up. Device for effecting the method has "m" units 10 for averaging static pressure included into each measurement channel. Each static-pressure averaging unit 4 is made in the form of collector 11 with K channels for coupling with intake openings and mounting seat 5 for static pressure sensor 5, cross-cestion of each coupling channel being equal along the whole length. EFFECT: enhanced accuracy in determining resultant vector of pressure force acting upon the surface of aircraft mock-up. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментальной аэрогазодинамике, а именно к определению суммарных сил давления, действующих на поверхность модели аппарата, омываемого жидкостью или газом, которыми могут быть блоки ракет-носителей, корпуса автомобилей. The invention relates to experimental aerodynamics, namely the determination of the total pressure forces acting on the surface of a model of an apparatus washed by liquid or gas, which may be blocks of launch vehicles, car bodies.

Известны способы определения суммарных сил давления, действующих на тела, омываемые жидкостью или газом, заключающиеся в измерении статического давления в отдельных точках на поверхности этих тел и дальнейшем интегрировании этих сил по омываемой поверхности. Известны также устройства для определения суммарных сил давления, включающие аппарат или его геометрически подобную модель, на омываемой поверхности которого расположены заборные отверстия статического давления, которые в свою очередь подключены к датчикам статического давления и далее к анализирующему устройству. Known methods for determining the total pressure forces acting on bodies washed by a liquid or gas, which consist in measuring static pressure at individual points on the surface of these bodies and the further integration of these forces over the surface being washed. Devices for determining the total pressure forces are also known, including an apparatus or its geometrically similar model, on the washed surface of which there are static pressure inlet openings, which in turn are connected to static pressure sensors and then to an analyzing device.

Недостатками известных способов и устройств является их относительно низкая производительность. The disadvantages of the known methods and devices is their relatively low productivity.

Наиболее близкими техническими решениями, выбранными в качестве прототипа, являются следующие способ и устройство. The closest technical solutions selected as a prototype are the following method and device.

Известный способ заключается в измерении статического давления на поверхности тела в ряде точек посредством отбора давления через дренажные трубки и дальнейшем интегрировании сил давления по поверхности тела. The known method consists in measuring the static pressure on the surface of the body at a number of points by taking pressure through the drainage tubes and further integrating the pressure forces over the surface of the body.

Известное устройство представляет собой модель аппарата, на поверхности которого имеются заборные отверстия, которые при помощи дренажных трубок подключены к датчикам давления. Датчики через усилительно-согласующее устройство подключены к регистрирующему и затем к анализирующему устройству. The known device is a model of the apparatus, on the surface of which there are intake openings, which are connected to pressure sensors using drainage tubes. Sensors are connected through an amplifying matching device to a recording and then to an analyzing device.

Недостатком известного способа является необходимость измерять статическое давление для каждого заборного отверстия в отдельности. The disadvantage of this method is the need to measure the static pressure for each intake hole separately.

Недостатком известного устройства является то, что в каждый момент времени к одному заборному отверстию подключен один датчик. Все это вместе приводит к снижению точности измерений, поскольку одновременно можно использовать только ограниченное количество датчиков. A disadvantage of the known device is that at one time to one intake hole is connected to one sensor. All this together leads to a decrease in measurement accuracy, since only a limited number of sensors can be used at a time.

Целью изобретения является повышение точности определения суммарного вектора силы, действующей на поверхность модели аппарата, омываемого жидкостью или газом. The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the total force vector acting on the surface of the model of the apparatus washed by a liquid or gas.

Это достигается тем, что в способе определения суммарных сил давления, действующих на поверхность модели аппарата, основанном на измерении статического давления в исследуемых точках на всей поверхности модели аппарата и последующем определении суммарных сил давления, действующих на модель аппарата, измерение статического давления производят на участках с одинаковой ориентацией поверхности аппарата, омываемого жидкостью или газом, измерение статического давления производят на участках с одинаковой ориентацией поверхности модели аппарата внутри участка. После этого определяют среднее значение статического давления для каждого измеряемого участка модели с последующим суммированием средних значений величин статического давления участков поверхности модели аппарата. This is achieved by the fact that in the method of determining the total pressure forces acting on the surface of the model of the apparatus, based on measuring static pressure at the studied points on the entire surface of the model of the apparatus and the subsequent determination of the total pressure forces acting on the model of the apparatus, the measurement of static pressure is carried out in areas with with the same orientation of the surface of the apparatus washed by a liquid or gas, the measurement of static pressure is carried out in areas with the same orientation of the surface of the model ap arat inside portion. After that, determine the average value of static pressure for each measured section of the model with the subsequent summation of the average values of static pressure of the sections of the surface of the model of the apparatus.

Это достигается тем, что в устройстве для определения суммарных сил давления, действующих на модель аппарата, содержащем n каналов измерения давления, каждый из которых включает заборные отверстия, размещенные на поверхности модели, датчик статического давления, соединенный через усилительный блок с соответствующим входом блока регистрации и блок вычисления суммарной силы давления, вход которого соединен с выходом блока регистрации, в каждый канал измерения давления введены m блоков усреднения статического давления, при этом К входов каждого блока усреднения статического давления соединены с К заборными отверстиями, размещенными на участках поверхности с одинаковой ориентацией поверхности модели внутри каждого участка, при этом каждый выход m блоков усреднения статического давления соединен с датчиком статического давления, выход которого через усилительный блок соединен с соответствующим входом блока регистрации. This is achieved by the fact that in the device for determining the total pressure forces acting on the model of the device, containing n channels for measuring pressure, each of which includes intake holes located on the surface of the model, a static pressure sensor connected through an amplifier block to the corresponding input of the registration unit and a unit for calculating the total pressure force, the input of which is connected to the output of the registration unit, m units of averaging of static pressure are introduced into each pressure measuring channel, while K inputs to Each static pressure averaging unit is connected to K intake openings located on surface sections with the same orientation of the model surface within each section, with each output m of the static pressure averaging blocks connected to a static pressure sensor, the output of which through the amplifier block is connected to the corresponding input of the recording unit .

При этом каждый блок усреднения статического давления выполнен в виде коллектора с К каналами подключения к заборным отверстиям и посадочным местом для датчика статического давления, при этом в каждом канале подключения сечение канала одинаково по всей длине канала, а отношение гидравлического диаметра канала к его длине постоянно для всех каналов подключения. Moreover, each static pressure averaging unit is made in the form of a collector with K channels for connecting to intake openings and a seat for a static pressure sensor, while in each connecting channel the channel cross section is the same along the entire length of the channel, and the ratio of the hydraulic diameter of the channel to its length is constant for all connection channels.

На фиг.1 изображена поверхность аппарата, разбитая на участки с одинаковой ориентацией; на фиг. 2 - устройство для определения суммарной силы давления действующей на модель аппарата; на фиг.3 - блок для усреднения статического давления. Figure 1 shows the surface of the apparatus, divided into sections with the same orientation; in FIG. 2 - a device for determining the total pressure force acting on the model of the apparatus; figure 3 - block for averaging static pressure.

Поверхность аппарата разбита на К участков Si с одинаковой ориентацией поверхности внутри участка Ni, где

Figure 00000002
- единичный вектор нормали к данной площадке. При этом
Figure 00000003
=S
Figure 00000004
, где i = 1,...,К (1)
Si - площадь i-го участка.The surface of the apparatus is divided into K sections S i with the same orientation of the surface inside the plot N i , where
Figure 00000002
is the unit normal vector to this site. Wherein
Figure 00000003
= S
Figure 00000004
, where i = 1, ..., K (1)
S i - the area of the i-th plot.

Пусть каждый участок, например i-й, будет разбит на Li элементарных площадок площадью
Sil = Si/Li; l = 1,...,Li
и на каждой из этих площадок будет расположено заборное отверстие и измеряться давление Pil. Тогда суммарная сила давления, действующая на i-й участок

Figure 00000005
=
Figure 00000006
Pil·S
Figure 00000007
/Li=
Figure 00000008
Pi/Li=
Figure 00000009
Piср, (2) где Рiср среднее по i-му участку статическое давление.Let each section, for example, the i-th, be divided into L i elementary areas with an area
S i l = S i / L i ; l = 1, ..., L i
and at each of these sites a sampling hole will be located and pressure P i l will be measured. Then the total pressure force acting on the i-th section
Figure 00000005
=
Figure 00000006
P i l · S
Figure 00000007
/ L i =
Figure 00000008
P i / L i =
Figure 00000009
P iav , (2) where P iav is the average static pressure over the ith section.

Теперь суммарная сила определяется как
Fсум=

Figure 00000010
Fi (3)
Таким образом, для нахождения суммарной силы не обязательно знать распределение давления на поверхности каждого участка, достаточно знать среднее давление по поверхности этого участка, т.е. задача сводится к получению среднего давления по ряду заборных точек.Now the total force is defined as
F sum =
Figure 00000010
F i (3)
Thus, to find the total force, it is not necessary to know the pressure distribution on the surface of each section; it is enough to know the average pressure over the surface of this section, i.e. the task is to obtain the average pressure over a number of sampling points.

Согласно изобретению предлагается измерять статическое давление в коллекторе, соединенном с заборными отверстиями каналами, отношение перепада давлений к величине протекающего расхода для которых одинаково. В этом случае измеряется среднее давление. Допустим, что для коллектора с каналами для каждого i-го канала
Δ Pi/Gi = const, (4) где Δ Pi = Pi - Pср;
Gi - расход, протекающий через канал со знаком (+) или (-) в зависимости от направления движения;
i = 1,...,К - номер канала.According to the invention, it is proposed to measure the static pressure in the manifold connected to the intake holes by channels, the ratio of the differential pressure to the flow rate for which is the same. In this case, the average pressure is measured. Assume that for a collector with channels for each i-th channel
Δ P i / G i = const, (4) where Δ P i = P i - P cf ;
G i - flow rate flowing through the channel with a sign (+) or (-) depending on the direction of movement;
i = 1, ..., K is the channel number.

Из (4) следует, что
Δ Pi = const ˙ Gi (5) и, суммируя по i, получают

Figure 00000011
Pi= const
Figure 00000012
Gi= 0, (6) поскольку в установившемся режиме суммарный расход в коллекторе равен нулю. Раскрывая левую часть (6), получают
Figure 00000013
(7) или
Pср=(1/K)
Figure 00000014
Pi (8)
Таким образом, согласно предлагаемому способу, действительно измеряется среднее давление.It follows from (4) that
Δ Pi = const ˙ G i (5) and, summing over i, we obtain
Figure 00000011
P i = const
Figure 00000012
G i = 0, (6) since in the steady state the total flow rate in the collector is zero. Opening the left side (6), get
Figure 00000013
(7) or
P cf = (1 / K)
Figure 00000014
P i (8)
Thus, according to the proposed method, the average pressure is indeed measured.

Устройство содержит поверхность 1 аппарата, участок 2 под номером i этой поверхности, характеризующейся одним вектором нормали; заборные отверстия 3, расположенные на i-ом участке, блок 4 усреднения статического давления, датчик 5 статического давления, усилительный блок 6, блок 7 регистрации, блок 8 вычисления суммарной силы давления, усилительно-преобразующее устройство 9, группу 10 блоков усреднения статического давления, подключенную к одному датчику, коллектор 11, каналы 12 для подключения к заборным отверстиям, имеющие одинаковые сечения и отношение длины к гидравлическому диаметру, посадочное место 13 в коллекторе под датчики замера давления в коллекторе. The device comprises a surface 1 of the apparatus, section 2 under the number i of this surface, characterized by one normal vector; intake holes 3 located on the i-th section, static pressure averaging unit 4, static pressure sensor 5, amplification unit 6, registration unit 7, total pressure force calculating unit 8, amplification-converting device 9, group 10 of static pressure averaging units, connected to one sensor, a collector 11, channels 12 for connecting to intake openings having the same cross-section and the ratio of length to hydraulic diameter, seat 13 in the manifold for pressure sensors in the manifold.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Давление Pil, действующее на площадку 2, через заборные отверстия 3 попадает в устройство 4 усреднения давления, где преобразуется в среднее давление Рср. Датчик 5 давления преобразует давление в электрический сигнал и через усилитель 6, а также регистратор 7, которые вместе представляют собой усилительно-преобразующее устройство 9, попадает в анализирующее устройство 8. В анализирующем устройстве по формулам (2) и (3 происходит вычисление силы давления, действующей на поверхность 1 аппарата, используя известные значения Si и NVeci.The pressure Pil acting on the pad 2, through the sampling openings 3, enters the pressure averaging device 4, where it is converted to the average pressure P cf. The pressure sensor 5 converts the pressure into an electrical signal and through the amplifier 6, as well as the recorder 7, which together are an amplifying-converting device 9, enters the analyzing device 8. In the analyzing device, the pressure force is calculated using formulas (2) and (3), acting on the surface 1 of the apparatus using the known values of S i and NVec i .

Датчики статического давления, усилительно-преобразующее устройство широко известны. В качестве анализирующего устройства может использоваться специализированная ЭВМ, например СМ 1809. Static pressure sensors, amplification-converting device are widely known. As an analyzing device, a specialized computer, for example, CM 1809, can be used.

Способ усреднения давления поясняется на примере работы устройства, изображенного на фиг.3. The method of averaging pressure is illustrated by the example of the operation of the device depicted in figure 3.

На установившемся режиме в коллекторе 11 реализуется среднее по всем заборным отверстиям давление. Для доказательства достаточно подтвердить справедливость условия (4) для каждого канала. Как известно, перепад давления в канале постоянного сечения для ламинарного течения в жидкости равен
ΔP=ζ˙(1/d)˙ρ˙Vср2/2 (9) где I - длина канала;
d - гидравлический диаметр канала;
ζ - коэффициент сопротивления;
ρ - плотность жидкости.In steady state, the pressure is realized in the manifold 11 and is average over all intake openings. To prove it, it suffices to confirm the validity of condition (4) for each channel. As is known, the pressure drop in a constant section channel for a laminar flow in a liquid is
ΔP = ζ˙ (1 / d) ˙ρ˙V Wed 2/2 (9) where I is the channel length;
d is the hydraulic diameter of the channel;
ζ is the resistance coefficient;
ρ is the density of the liquid.

При этом ζ = 64/Re, где Re - число Рейнольдса. Учитывая, что расход жидкости через канал равен
G = ρ˙ Vср ˙π˙ d2/4 (10)
из (9) можно получить
Δ P/G = (128˙μ˙1)/(π˙ρ˙d4) (11)
Т. е. при одинаковых сечениях каналов и одинаковых отношениях длин к гидравлическим диаметрам каналов в соответствии с изобретением выполняется соотношение (4) и действительно измеряется среднее давление.Moreover, ζ = 64 / Re, where Re is the Reynolds number. Given that the flow rate through the channel is
G = ρ˙ V cf ˙π˙ d2 / 4 (10)
from (9) we can obtain
Δ P / G = (128˙μ˙1) / (π˙ρ˙d 4 ) (11)
That is, with the same sections of the channels and the same ratios of lengths to the hydraulic diameters of the channels in accordance with the invention, relation (4) is satisfied and the average pressure is actually measured.

Режим ламинарного течения в каналах легко реализуется путем уменьшения проходного канала и увеличения их длины. Поскольку при малых перепадах давления газа также можно считать несжимаемыми жидкостями, то изобретение будет реализовано и для газов. The laminar flow regime in the channels is easily realized by reducing the passage channel and increasing their length. Since at small pressure differences the gas can also be considered incompressible liquids, the invention will be implemented for gases.

Claims (3)

1. Способ определения суммарных сил давления, действующих на поверхность модели аппарата, основанный на измерении статического давления в измеряемых точках на всей поверхности модели аппарата и последующем определении суммарных сил давления, действующих на модель аппарата, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения суммарного вектора силы давления, действующей на поверхность модели аппарата, омываемого жидкостью или газом, измерение статического давления производят на участках с одинаковой ориентацией поверхности модели внутри участка и определяют среднее значение статического давления для каждого измеряемого участка модели с последующим суммированием средних значений величин статического давления участков поверхности модели аппарата. 1. The method of determining the total pressure forces acting on the surface of the model of the apparatus, based on the measurement of static pressure at the measured points on the entire surface of the model of the apparatus and the subsequent determination of the total pressure forces acting on the model of the apparatus, characterized in that, in order to improve the accuracy of determining the total of the pressure force acting on the surface of a model of an apparatus washed by a liquid or gas, static pressure is measured in areas with the same surface orientation models inside the section and determine the average value of static pressure for each measured section of the model with the subsequent summation of the average values of static pressure of the sections of the surface of the model apparatus. 2. Устройство для определения суммарных сил давления, действующих на поверхность модели аппарата, содержащее n каналов измерения давления, каждый из которых включает заборные отверстия, размещенные на поверхности модели, датчик статического давления, соединенных через усилительный блок с соответствующим входом блока регистрации, и блок вычисления суммарной силы давления, вход которого соединен с выходом блока регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения суммарных сил давления, действующих на модель аппарата, в каждый канал измерения давления введены m блоков усреднения статического давления, при этом K входов каждого блока усреднения статического давления соединены с K заборными отверстиями, размещенными на участках поверхности с одинаковой ориентацией поверхности модели внутри каждого участка, а каждый выход m блоков усреднения статического давления соединен с соответствующим датчиком статического давления, выход которого соединен через усилительный блок с соответствующим входом блока регистрации. 2. A device for determining the total pressure forces acting on the surface of the model of the apparatus, containing n pressure measuring channels, each of which includes intake holes located on the surface of the model, a static pressure sensor connected through an amplifier unit to the corresponding input of the registration unit, and a calculation unit total pressure force, the input of which is connected to the output of the registration unit, characterized in that, in order to improve the accuracy of determining the total pressure forces acting on the model of apparatus a, m static pressure averaging units are introduced into each pressure measurement channel, while the K inputs of each static pressure averaging unit are connected to K intake openings located on surface sections with the same orientation of the model surface within each section, and each output of m static pressure averaging units connected to the corresponding static pressure sensor, the output of which is connected through the amplifier unit to the corresponding input of the registration unit. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый блок усреднения статического давления выполнен в виде коллектора с K каналами подключения к заборным отверстиям и посадочным местом для датчика статического давления, при этом в каждом канале подключения сечение канала одинаково по всей длине канала, а отношение гидравлического диамметра канала к его длине постоянно для всех каналов подключения. 3. The device according to claim 2, characterized in that each static pressure averaging unit is made in the form of a collector with K channels for connecting to intake holes and a seat for a static pressure sensor, while in each connection channel the channel cross section is the same along the entire length of the channel, and the ratio of the hydraulic diameter of the channel to its length is constant for all connection channels.
SU4780138 1989-11-10 1989-11-10 Method and device for determining resultant pressure forces acting upon aircraft surface RU2018100C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4780138 RU2018100C1 (en) 1989-11-10 1989-11-10 Method and device for determining resultant pressure forces acting upon aircraft surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4780138 RU2018100C1 (en) 1989-11-10 1989-11-10 Method and device for determining resultant pressure forces acting upon aircraft surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2018100C1 true RU2018100C1 (en) 1994-08-15

Family

ID=21490437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4780138 RU2018100C1 (en) 1989-11-10 1989-11-10 Method and device for determining resultant pressure forces acting upon aircraft surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2018100C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Зосимов А.В. Система для измерения распределения давления в гиперзвуковых аэродинамических трубах, М.: Труды ЦАГИ, Сборник работ по измерительным и вычислительным системам для исследования аэродинамики и прочности летательных аппаратов, 1978, с.4-5. *
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика, М.: Наука, 1979, с.453. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Österlund et al. A note on the overlap region in turbulent boundary layers
Lammerink et al. Micro-liquid flow sensor
Lawn The determination of the rate of dissipation in turbulent pipe flow
RU2224233C2 (en) Mobile system for recording exhaust gases of automobile and flowmeter module for system
US7568383B2 (en) Portable vehicle exhaust flow sensor
Ligrani et al. Miniature five-hole pressure probe for measurement of three mean velocity components in low-speed flows
Dracos Three-Dimensional Velocity and Vorticity Measuring and Image Analysis Techniques: Lecture Notes from the Short Course held in Zürich, Switzerland, 3–6 September 1996
US20040118183A1 (en) High-resolution gas gauge proximity sensor
Iyengar et al. Experimental issues in atmospheric boundary layer simulations: roughness length and integral length scale determination
EP1094305A3 (en) Apparatus for determining fluid flow
CN108931270B (en) Two-phase flow parameter detection method based on porous throttling and acoustic emission technology
US4040293A (en) Fluid flow measuring device
CN201247251Y (en) Measurement gauge for pipe gas flow rate and sonic velocity
RU2018100C1 (en) Method and device for determining resultant pressure forces acting upon aircraft surface
CN100547360C (en) Restriction device and have the flow quantity detecting system of this restriction device
DE69505383T2 (en) USE OF A FLOW METER AS A MICROPHONE AND SYSTEM WITH SUCH A MICROPHONE
CN108225446A (en) Differential pressure flowmeter, exhaust gas analyzer and flow-measuring method
Castro Pulsed-wire anemometry
EP0890834A3 (en) Method and apparatus for continuously determining the concentration of dust in flowing gases
CN1028560C (en) Pressure-measuring probe
JP2920532B1 (en) Method and apparatus for measuring gas flow
RU2037796C1 (en) Strain flowmeter
Koper Jr et al. An investigation of turbulent transport in the extreme lower atmosphere
Rivetti et al. Metrological performances of Venturi flowmeters in normal, supercritical and superfluid helium
JPH064318Y2 (en) Driving test equipment