RU2314506C2 - Air pressure gage - Google Patents
Air pressure gage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2314506C2 RU2314506C2 RU2005124366/28A RU2005124366A RU2314506C2 RU 2314506 C2 RU2314506 C2 RU 2314506C2 RU 2005124366/28 A RU2005124366/28 A RU 2005124366/28A RU 2005124366 A RU2005124366 A RU 2005124366A RU 2314506 C2 RU2314506 C2 RU 2314506C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- flow
- pyramid
- pressure
- receiving hole
- Prior art date
Links
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров плоского течения газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, самолетов, ракет и т.п. относительно воздушной среды.The invention relates to the field of measurement technology and can be used to measure the parameters of the plane flow of gaseous media or to determine the motion parameters of solids, aircraft, rockets, etc. relative to the air environment.
Известен приемник воздушного давления, представляющий собой тело цилиндрической формы (см. патент России №1723879, G01L 19/00, - 1990). Приемник предназначен для измерения величины и направления скорости плоских потоков газа, а также для измерения статического давления и числа Маха. На части цилиндрической поверхности приемника, являющейся частью боковой поверхности круглого цилиндра, расположены приемные отверстия - центральное и периферийные, служащие для определения направления и величины скорости потока газа. На грани цилиндрической поверхности, находящейся при измерениях с подветренной стороны, расположено приемное отверстие (донное), предназначенное для измерения числа Маха и статического давления.A known receiver of air pressure, which is a cylindrical body (see Russian patent No. 1723879, G01L 19/00, 1990). The receiver is designed to measure the magnitude and direction of velocity of flat gas flows, as well as to measure static pressure and Mach number. On the part of the cylindrical surface of the receiver, which is part of the side surface of the circular cylinder, there are receiving holes - central and peripheral, which serve to determine the direction and magnitude of the gas flow rate. On the edge of the cylindrical surface, which is measured on the leeward side, there is a receiving hole (bottom), designed to measure the Mach number and static pressure.
К недостаткам приемника относятся погрешности измерения статического давления и числа Маха, связанные с наличием у него верхнего плоского основания, возмущающего поток, а также с тем, что при изменении углов скоса (направления потока) срыв потока осуществляется не только с ребер (не одновременно со всех ребер), ограничивающих грань приемника, на которой расположено донное приемное отверстие, но и с его боковой поверхности, являющейся частью поверхности круглого цилиндра, при этом координата точки отрыва потока от поверхности круглого цилиндра (в полярной системе координат, связанной с плоскостью поперечного сечения приемника) нестабильна и может изменяться в диапазоне углов 80÷140° (см. Аэродинамика ракет: в 2-х кн. Кн.1. / Под ред. М.Хемша, Дж.Нилсена. - М.: Мир. - 1989. С.264-265).The receiver’s disadvantages include errors in the measurement of static pressure and the Mach number associated with the presence of an upper flat base disturbing the flow, as well as the fact that when the bevel angles (flow direction) are changed, the flow is interrupted not only from the ribs (not simultaneously from all ribs) bounding the face of the receiver on which the bottom receiving hole is located, but also from its side surface, which is part of the surface of the round cylinder, while the coordinate of the flow separation point from the surface of the round cylinder Indra (in the polar coordinate system associated with the plane of the receiver’s cross section) is unstable and can vary in the range of angles 80 ÷ 140 ° (see Aerodynamics of rockets: in 2 books, Book 1. / Ed. by M. Hemsha, J. Nielsen. - M .: Mir. - 1989. S.264-265).
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что давления, измеренные донным приемным отверстием приемника, зависят от числа Рейнольдса - вязкости потока и от начальной турбулентности потока, т.к. линии отрыва потока от части поверхности приемника, являющейся частью поверхности кругового цилиндра, изменяют свое положение в зависимости от указанных параметров. Это приводит к случайному изменению давлений на донной торцевой поверхности приемника и вызывает погрешности измерения воздушных параметров. Аэродинамические трубы характеризуются высоким (по сравнению со свободной атмосферой) уровнем начальной турбулентности, в связи с чем полученные в них тарировочные зависимости, используемые для определения параметров потока, будут неточны и нестабильны в свободной атмосфере или в потоках с другим уровнем начальной турбулентности.The reason that prevents obtaining the required technical result in a known technical solution is that the pressures measured by the bottom receiving port of the receiver depend on the Reynolds number — the viscosity of the stream and the initial flow turbulence, because the flow separation lines from a part of the surface of the receiver, which is part of the surface of a circular cylinder, change their position depending on the specified parameters. This leads to a random change in pressure on the bottom end surface of the receiver and causes errors in the measurement of air parameters. Wind tunnels are characterized by a high (compared with the free atmosphere) level of initial turbulence, and therefore the calibration dependences obtained in them, used to determine the flow parameters, will be inaccurate and unstable in a free atmosphere or in flows with a different level of initial turbulence.
Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является приемник воздушных давлений, представляющий собой тело, ограниченное частью поверхности вращения оживальной формы и секущей поверхность вращения плоскостью (см. патент России №2245525, G01L 19/00. - 2002). Приемник предназначен для измерения величины и направления скорости плоских потоков газа, а также для измерения статического давления и числа Маха. На части поверхности вращения приемника расположены приемные отверстия - центральное и периферийные, предназначенные для определения направления и величины скорости потока. На секущей поверхность вращения плоскости, находящейся при измерениях с подветренной стороны, расположено приемное отверстие, предназначенное для измерения числа Маха и статического давления.The closest to the invention in terms of essential features is an air pressure receiver, which is a body bounded by a part of the revolving surface of the revival shape and cutting the surface of revolution by a plane (see Russian patent No. 2245525, G01L 19/00. - 2002). The receiver is designed to measure the magnitude and direction of velocity of flat gas flows, as well as to measure static pressure and Mach number. On a part of the surface of rotation of the receiver are receiving holes - central and peripheral, designed to determine the direction and magnitude of the flow rate. On the secant surface of the rotation of the plane, which is measured on the leeward side, there is a receiving hole for measuring the Mach number and static pressure.
К недостаткам приемника относятся погрешности измерения числа Маха и статического давления, связанные с тем, что при изменении углов скоса (направления потока) срыв потока осуществляется не только с ребер (не одновременно со всех ребер), ограничивающих грань приемника, на которой расположено донное приемное отверстие, но и с его боковой поверхности, являющейся частью поверхности тела вращения оживальной формы.The disadvantages of the receiver include errors in the measurement of the Mach number and static pressure, due to the fact that when changing the angles of the bevel (flow direction), the flow is interrupted not only from the ribs (not simultaneously from all ribs) that bound the face of the receiver on which the bottom receiving hole is located , but also from its lateral surface, which is part of the surface of the body of rotation of a living form.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что давления, измеренные донным приемным отверстием, зависят от числа Рейнольдса - вязкости потока и от начальной турбулентности потока, т.к. линии отрыва потока от поверхности приемника, являющейся частью поверхности тела вращения оживальной формы, изменяют свое положение в зависимости от указанных параметров, что приводит к случайному изменению давлений на донной торцевой поверхности приемника, т.е. к погрешностям измерений. В связи с этим полученные для приемника давлений тарировочные зависимости, используемые для определения параметров потока, будут неточны и нестабильны в потоках с другим уровнем начальной турбулентности.The reason that prevents obtaining the required technical result in a known technical solution is that the pressures measured by the bottom inlet depend on the Reynolds number — the viscosity of the stream and on the initial flow turbulence, because the lines of flow separation from the surface of the receiver, which is part of the surface of the body of rotation of the animated shape, change their position depending on the specified parameters, which leads to a random change in pressure on the bottom end surface of the receiver, i.e. to measurement errors. In this regard, the calibration dependences obtained for the pressure receiver used to determine the flow parameters will be inaccurate and unstable in flows with a different level of initial turbulence.
Изобретение направлено на решение задачи повышения точности измерения статического давления и числа Маха в плоских потоках газа.The invention is aimed at solving the problem of increasing the accuracy of measuring static pressure and Mach number in flat gas flows.
Технический результат заключается в повышении точности измерения статического давления и числа Маха в плоских потоках газа за счет придания приемнику формы, обеспечивающей стабильность положений линий отрыва потока с ребер, ограничивающих грань приемника, на которой расположено донное приемное отверстие.The technical result consists in increasing the accuracy of measuring static pressure and the Mach number in flat gas flows by shaping the receiver to provide stability for the positions of the flow separation lines from the ribs that bound the receiver face on which the bottom receiving hole is located.
Технический результат достигается тем, что приемник воздушных давлений, представляющий собой тело с расположенными на его поверхности центральным и периферийными приемными отверстиями, предназначенными для определения направления и величины скорости потока газа, и приемным отверстием для измерения числа Маха и статического давления, расположенным на донной торцевой поверхности приемника, выполнен в виде тела, имеющего форму треугольной пирамиды, центральное приемное отверстие расположено на ребре пирамиды, которое обращено навстречу потоку, а полуугол между гранями пирамиды, на которых расположены периферийные приемные отверстия, измеряемый в плоскости, параллельной плоскости основания, больше максимальной величины модуля угла скоса потока.The technical result is achieved in that the air pressure receiver, which is a body with central and peripheral receiving holes located on its surface, designed to determine the direction and magnitude of the gas flow rate, and a receiving hole for measuring the Mach number and static pressure, located on the bottom end surface the receiver is made in the form of a body having the shape of a triangular pyramid, the central receiving hole is located on the edge of the pyramid, which is facing inward flow, and the half-angle between the faces of the pyramid on which the peripheral receiving holes are located, measured in a plane parallel to the plane of the base, is greater than the maximum modulus of the angle of the bevel.
На чертеже изображен общий вид приемника давлений.The drawing shows a General view of the pressure receiver.
Заявляемый приемник воздушных давлений (см. чертеж) представляет собой тело, выполненное в форме треугольной пирамиды 1, на ребре 2 которой, обращенном навстречу потоку, расположено центральное приемное отверстие 3, периферийные приемные отверстия 4 и 5 (которые совместно с отверстием 3 предназначены для определения направления и величины скорости потока газа) расположены на гранях пирамиды 6 и 7, находящихся в потоке с наветренной стороны, приемное отверстие 8, предназначенное для измерения числа Маха и статического давления, расположено на донной торцевой поверхности приемника 9, являющейся гранью пирамиды, находящейся в потоке с подветренной стороны, ребра пирамиды 10 и 11 являются линиями срыва потока, основание пирамиды 12 является плоскостью, служащей для определения полуугла γ между гранями пирамиды 6 и 7, который должен быть больше максимальной величины модуля угла скоса потока ε.The inventive receiver of air pressures (see drawing) is a body made in the form of a triangular pyramid 1, on the edge 2 of which, facing the flow, there is a central receiving hole 3, peripheral receiving holes 4 and 5 (which together with the hole 3 are designed to determine directions and values of the gas flow velocity) are located on the faces of the pyramid 6 and 7 located in the windward side of the flow, the receiving hole 8, designed to measure the Mach number and static pressure, is located on the bottom end surface of the receiver 9, which is the face of the pyramid located in the stream on the leeward side, the edges of the pyramid 10 and 11 are the stall lines, the base of the pyramid 12 is the plane used to determine the half-angle γ between the faces of the pyramid 6 and 7, which should be greater than the maximum the magnitude of the slant angle ε.
Приемник давлений работает следующим образом. Сначала для заявляемого устройства с целью установления взаимосвязи давлений, воспринимаемых приемными отверстиями, с параметрами плоского воздушного (или газового) потока: углами скоса, числом Маха, статическим давлением проводят продувки приемника в аэродинамической трубе, по результатам которых находят градуировочные зависимости, которые могут иметь следующий вид:The pressure receiver operates as follows. First, for the inventive device in order to establish the relationship of the pressures perceived by the receiving openings with the parameters of a flat air (or gas) flow: bevel angles, Mach number, static pressure, the receiver is purged in the wind tunnel, according to the results of which calibration dependencies are found, which can have the following view:
- для угла скоса- for bevel angle
fε(ε)=(P4-P3)/(P5+P3-2P8);f ε (ε) = (P 4 -P 3 ) / (P 5 + P 3 -2P 8 );
- для числа Маха- for Mach number
fM(M)=P3/P8;f M (M) = P 3 / P 8 ;
- для статического давления- for static pressure
где Рi - давление; i - номер приемного отверстия (см. чертеж); ε - угол скоса; М - число Маха; Рст - статическое давление.where P i is the pressure; i is the number of the receiving hole (see drawing); ε is the bevel angle; M is the Mach number; P article - static pressure.
Затем при определении параметров воздушного потока или при определении параметров движения твердых тел, самолетов, ракет и т.п. относительно воздушной среды, используя градуировочные зависимости, решают обратную задачу - по измеренным давлениям находят: углы скоса, число Маха, статическое давление, а уже по найденным значениям числа Маха и статического давления - скорость потока.Then, when determining the parameters of the air flow or when determining the parameters of motion of solids, aircraft, rockets, etc. relative to the air, using calibration dependences, they solve the inverse problem - by measured pressures they find: bevel angles, Mach number, static pressure, and already found values of the Mach number and static pressure determine the flow velocity.
Рассмотрим особенности обтекания прототипа и заявляемого приемника воздушных давлений и покажем, почему именно выполнение приемника согласно чертежу позволяет обеспечить достижение заявляемого технического результата.Consider the features of the flow around the prototype and the claimed receiver of air pressures and show why precisely the implementation of the receiver according to the drawing allows to achieve the claimed technical result.
Как следует из приведенных выше формул, общих для прототипа и заявляемого приемника, все они содержат давление P8, воспринимаемое донным приемным отверстием, в связи с чем точность измерений параметров воздушного потока приемниками, содержащими приемное отверстие в зоне отрывного течения, в значительной степени определяется точностью измерения давления P8.As follows from the above formulas common to the prototype and the claimed receiver, they all contain pressure P 8 perceived by the bottom receiving hole, and therefore the accuracy of measuring air flow parameters by receivers containing the receiving hole in the separation flow zone is largely determined by the accuracy pressure measurements P 8 .
Только стабильность и неслучайность получаемых градуировочных зависимостей позволяет обеспечить высокую точность определения параметров воздушного (газового) потока при измерении давлений в донной области - зоне отрывного течения. Для прототипа, представляющего собой тело, ограниченное частью поверхности вращения оживальной формы и секущей поверхность вращения плоскостью, не удается получить в донной области течение со стабильными и не изменяющимися случайным образом во времени параметрами (скоростью, плотностью, давлением) из-за того, что отрыв потока при изменении углов скоса не может осуществляться одновременно со всех ребер, ограничивающих грань приемника, на которой расположено приемное отверстие 8. Отрыв потока осуществляется в том числе и с части поверхности вращения, а для тел с плавными обводами координаты линии отрыва потока от поверхности тела зависят от параметров набегающего потока: числа Рейнольдса, начальной турбулентности (см. Аэродинамика ракет: в 2-х кн. Кн.1. / Под ред. М.Хемша, Дж.Нилсена. - М.: Мир, - 1989. С.261-267).Only the stability and nonrandomness of the obtained calibration dependences allows us to ensure high accuracy in determining the parameters of the air (gas) flow when measuring pressures in the bottom region - the separation flow zone. For the prototype, which is a body bounded by a part of the revolving surface of the revival shape and cutting the rotation surface by a plane, it is not possible to obtain a flow in the bottom region with stable and not changing randomly in time parameters (speed, density, pressure) due to the separation flow when changing the bevel angles cannot be carried out simultaneously from all the ribs that limit the face of the receiver, on which the receiving hole is located 8. The separation of the flow is carried out including from part of the surface rotation, and for bodies with smooth contours, the coordinates of the flow separation line from the surface of the body depend on the parameters of the incoming flow: Reynolds number, initial turbulence (see Aerodynamics of rockets: in 2 books, Book 1. / Ed. by M. Khemsha , J. Nielsen. - M .: Mir, - 1989. S. 261-267).
Течение с параметрами, изменяющимися неслучайным образом, может быть получено лишь для тел, форма которых обеспечивает отрыв потока в строго определенных местах вне зависимости от параметров набегающего потока. Заявляемый приемник воздушных давлений содержит такие элементы конструкции - ребра 10 и 11, которые всегда будут являться линиями отрыва потока, если полуугол γ между гранями пирамиды 6 и 7, на которых расположены периферийные приемные отверстия 4 и 5, измеряемый в плоскости параллельной плоскости основания 12, больше максимальной величины модуля угла скоса потока ε. Только наличие в конструкции приемника давлений острых ребер, находящихся при изменении углов скоса потока с наветренной стороны, позволяет получать стабильные координаты линий отрыва потока и, как следствие этого, минимальные погрешности при измерении давлений в районе приемного отверстия 8. Измеряемые давления в этом случае будут зависеть только от скорости газового потока, а не от его вязкости и начальной турбулентности.A flow with parameters that change in a nonrandom fashion can be obtained only for bodies whose shape ensures flow separation in strictly defined places, regardless of the parameters of the incident flow. The inventive air pressure receiver contains such structural elements - ribs 10 and 11, which will always be flow separation lines, if the half angle γ is between the faces of the pyramid 6 and 7, on which peripheral receiving holes 4 and 5 are located, measured in a plane parallel to the plane of the base 12, greater than the maximum modulus of the angle of the bevel of the flow ε. Only the presence in the design of the receiver of pressure of sharp ribs located when the angle of the bevel of the flow is changed from the windward side allows us to obtain stable coordinates of the flow separation lines and, as a result, minimal errors when measuring pressure in the region of the receiving hole 8. The measured pressures in this case will depend only on the speed of the gas stream, and not on its viscosity and initial turbulence.
У прототипа вследствие того, что одно ребро при изменении углов скоса потока находится с подветренной стороны, т.е. попадает в аэродинамическую тень от поверхности, представляющей собой часть тела вращения, линии отрыва нестабильны, что и приводит к погрешностям измерения давлений.The prototype due to the fact that one edge when changing the angles of the bevel of the stream is located on the leeward side, i.e. falls into the aerodynamic shadow of the surface, which is a part of the body of revolution, the separation lines are unstable, which leads to pressure measurement errors.
Таким образом, выполнение заявляемого приемника воздушных давлений в форме треугольной пирамиды, установленной поперек потока, позволит повысить точность измерения статического давления и числа Маха в потоке по сравнению с приемником, выполненным в форме тела, содержащего часть поверхности вращения.Thus, the implementation of the inventive receiver of air pressures in the form of a triangular pyramid mounted across the flow, will improve the accuracy of measuring static pressure and Mach number in the stream compared with the receiver, made in the form of a body containing part of the surface of rotation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005124366/28A RU2314506C2 (en) | 2005-08-01 | 2005-08-01 | Air pressure gage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005124366/28A RU2314506C2 (en) | 2005-08-01 | 2005-08-01 | Air pressure gage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005124366A RU2005124366A (en) | 2007-02-10 |
| RU2314506C2 true RU2314506C2 (en) | 2008-01-10 |
Family
ID=37862187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005124366/28A RU2314506C2 (en) | 2005-08-01 | 2005-08-01 | Air pressure gage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2314506C2 (en) |
-
2005
- 2005-08-01 RU RU2005124366/28A patent/RU2314506C2/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005124366A (en) | 2007-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS61500807A (en) | Air data sensor device | |
| CN103630705A (en) | Solid two-dimensional wind speed and direction measuring instrument and measuring method thereof | |
| US20070256506A1 (en) | Method and Device for Measuring | |
| Grare et al. | The influence of wind direction on Campbell Scientific CSAT3 and Gill R3-50 sonic anemometer measurements | |
| CN108225692A (en) | A kind of measurement blade entirety torsional rigidity test of vehicular method | |
| Sun et al. | A cylindrical vehicle-mounted anemometer based on 12 pressure sensors—Principle, prototype design, and validation | |
| RU2314506C2 (en) | Air pressure gage | |
| Zheng et al. | Study on the calibration method of USBL system based on ray tracing | |
| Ghaemi-Nasab et al. | A procedure for calibrating the spinning ultrasonic wind sensors | |
| JP3612075B2 (en) | Aviation sensors for listening to acoustic signals | |
| JPS634666B2 (en) | ||
| RU2314505C2 (en) | Air pressure gage | |
| RU2245525C2 (en) | Air pressures receiver | |
| RU2314507C2 (en) | Air pressure gage | |
| RU2260780C2 (en) | Air pressure transducer | |
| Miksad | An omni-directional static pressure probe | |
| EP1020717A1 (en) | Pitot-static probe | |
| RU2171456C1 (en) | Pressure transducer | |
| Daniels et al. | Design, Fabrication and Calibration of a Five Hole Pressure Probe for Measurement of Three Dimensional Flows | |
| RU2227906C2 (en) | Air pressure receptacle | |
| Dovgal et al. | Response of axisymmetric separated flow to its spatially localized perturbation | |
| Gill | The helicoid anemometer: a long neglected but valuable anemometer | |
| RU2237876C1 (en) | Pressure pick-up | |
| RU2124709C1 (en) | Pressure tube | |
| US293069A (en) | Hypotenuse calculator and indicator |