ДОЗВУКОВОЙ ПРИЕМНИК ПОЛНОГО ДАВЛЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к бортовым средствам восприятия давлений на летательном аппарате.
Известен приемник полного давления [1], который предназначен для установки на фюзеляже летательного аппарата, обладает уменьшенной массой за счет габаритов, имеет встроенный обогрев, а сечение стойки приемника имеет оживальную форму.
К недостаткам такой конструкции относится значительное аэродинамическое сопротивление стойки, имеющей чечевицеобразный профиль, причем возрастание аэродинамического сопротивления такого профиля обусловлено отрывом потока с передней кромки при малых числах Маха и увеличением волнового сопротивления при больших числах Маха (М≈0.8).
Применение тонкостенной стойки позволяет снизить массу, однако усложняет задачу обогрева передней кромки стойки и боковых поверхностей в целом из-за наличия воздушных зазоров и тепловых контактов внутри стойки, мощность нагревательного элемента в таких условиях должна быть увеличена для обеспечения требуемого обогрева.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка дозвукового приемника полного давления с уменьшенным аэродинамическим сопротивлением, повышенной эффективностью электрообогрева, уменьшенной массой и повышенной точностью измерения полного давления.
Технический результат заключается в уменьшении аэродинамического сопротивления приемника, повышении эффективности электрообогрева, снижении погрешности измерения полного давления, а также уменьшении массы.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом приемнике, состоящим из носовой воспринимающей части и стойки с нагревателем, внешняя поверхность носовой воспринимающей части представляет собой цилиндрическую поверхность с дренажным отверстием, сечение стойки имеет симметричный профиль, близкий к симметричному аэродинамическому профилю NASA-B-0012, а нагреватель стойки является нагревателем патронного типа, причем внешняя цилиндрическая поверхность носовой воспринимающей части имеет конусную образующую с углом (1-2)° для компенсации отрицательного градиента давления в районе дренажных отверстий.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлен предлагаемый дозвуковой приемник полного давления, где
1 - носовая воспринимающая часть,
2 - стойка,
3 - передняя кромка стойки,
4 - нагреватель патронного типа,
5 - дренажное отверстие.
На фиг.2 представлен предлагаемый профиль сечения стойки дозвукового приемника полного давления, где
а - толщина стенки выреза,
b - толщина стойки.
На фиг.3 представлен предлагаемый дозвуковой приемник полного давления с конусной образующей цилиндра, имеющей угол (1-2)°.
Работа предлагаемой полезной модели аналогична работе упомянутого приемника полного давления и известной трубки Пито: набегающий поток воздуха создает в камере торможения (на рисунке не показана), расположенной в носовой воспринимающей части 1, давление, которое передается по трубопроводу на борт летательного аппарата потребителям полного давления, а по величине полного давления по известным зависимостям определяют воздушную скорость летательного аппарата. Для предотвращения обледенения передней кромки 3 стойки 2 применен нагреватель патронного типа 4. Для стока влаги из камеры торможения имеется дренажное отверстие 5.
В соответствии с исследованиями специалистов NASA [3] и специалистов ЦАГИ [4] наиболее подходящей формой носовой воспринимающей части дозвукового приемника полного давления является цилиндрическая форма, которая обеспечивает наименьшую угловую погрешность восприятия полного давления.
С целью компенсации отрицательного градиента давления в области дренажных отверстий внешняя поверхность носовой воспринимающей части имеет цилиндрическую конусную образующую с углом (1-2)°, что позволяет выровнять воздушный поток, уменьшить или исключить полностью отрыв потока, а также позволяет регулировать давление на выходе дренажных отверстий.
Для предотвращения образования льда в приемнике предусмотрено два нагревательных элемента: в носовой воспринимающей части и в стойке. Обогрев носовой воспринимающей части реализован известными способами, а обогрев стойки реализован следующим образом.
Стойка выполнена из алюминиевого сплава с отверстием вдоль передней кромки для нагревательного элемента патронного типа и вырезом для размещения пневмотрассы и электропроводов.
Нагреватель патронного типа изготовлен путем заполнения алюминиевым сплавом цилиндрической формы с расположенным внутри электрокабелем. Зазор между нагревателем патронного типа и внутренней поверхностью отверстия заполнен теплопроводящим материалом (компаундом). Благодаря такой конструкции реализуется теплопередача с минимальными потерями от электрокабеля к наружной поверхности передней кромки стойки приемника.
Ввиду того, что сечение стойки представляет собой симметричный профиль наиболее близкий к симметричному профилю NASA-B-0012 с учетом меньшего числа Рейнольдса, удается обеспечить безотрывное обтекание стойки. Как известно, образование льда происходит в точке торможения потока (передняя кромка носовой воспринимающей части и передняя кромка стойки) и в областях отрыва потока. Поскольку в данном случае происходит безотрывное обтекание стойки набегающим потоком воздуха, то мощность нагревательного элемента может быть снижена.
Для уменьшения массы стойки и для размещения пневмотрассы и электропроводов нагревательного элемента воспринимающей носовой части в середине сойки выполнен вырез. Это позволяет на 50-60% снизить массу стойки, а для приемника в целом уменьшение массы составляет 10-15%.
Разделение тепловых потоков на переднюю кромку стойки и на остальную поверхность стойки регулируется толщиной стенки выреза «а»: чем тоньше стенка выреза, тем больше тепла передается на переднюю кромку стойки, т.е. искусственно изменяется тепловое сопротивление. Как правило, отношение толщины стенки к толщине стойки «а/b» изменяется в пределах от 5 до 15%. Это позволяет уменьшить мощность обогрева боковых поверхностей стойки на 20-25% без снижения эффективности обогрева в целом.
Применение алюминиевого сплава для стойки приемника позволяет повысить теплопередачу по стенкам стойки, а исключение воздушных зазоров между нагревателем патронного типа и стойкой позволяет уменьшить требуемую мощность для обогрева стойки приблизительно на 15%, а также представляется возможность использования термозависимого нагревательного элемента с положительным температурным коэффициентом сопротивления.
Источники информации:
1 Патент США №5331849, G01C 21/00, 1994 г.
2 Б.А.Ушаков, П.П.Красильщиков, А.К.Волков, А.Н.Гржегоржевский «Атлас аэродинамических характеристик профилей крыльев», издание БНТ НКАП при ЦАГИ, 1940 г.
3 Technical Report 1303 "Wind-tunnel investigation of a number of total-pressure tubes at high angles of attack subsonic, transonic and supersonic speeds" by William Gracey, 1956 г. («Экспериментальное исследование конструкции приемников полного давления в аэродинамических трубах при больших углах атаки на дозвуковых, околозвуковых и сверхзвуковых скоростях»)
4 Петунии А.Н. «Методы и техника измерений параметров газового потока» М.: Машиностроение, 1972 г.