КОМБИНИРОВАННЫЙ ПРИЕМНИК ВОЗДУШНЫХ ДАВЛЕНИЙ

Полезная модель относится к области измерительной техники и авиационного приборостроения и может быть использована для измерения воздушной скорости летательных аппаратов, например, вертолетов.
п
ст
п
ст
Известен приемник воздушных давлений для измерения воздушной скорости летательных аппаратов, содержащий две концентрические трубки. Внутренняя трубка открыта с торца навстречу потоку и служит для восприятия давления P воздуха при полном торможении. Внешняя трубка с торца закрыта, но имеет ряд отверстий на боковой поверхности для восприятия статического давления P (см. Браславский Д.А. Приборы и датчики летательных аппаратов. - М: Машиностроение, 1970. - 392 с, стр. 306, рис. 12.2, б). Скорость V летательного аппарата относительно воздуха определяется на основе измерения разности АР между полным и статическим давлениями встречного потока воздуха ΔР=Р-Р=f(V).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного приемника воздушных давлений, относится невысокая чувствительность при измерении малых скоростей и большая погрешность от углов скоса потока.
Наиболее близким приемником того же назначения к заявленному приемнику по совокупности признаков является приемник воздушного давления, содержащий корпус с проточным каналом в виде соединенных между собой круглых конических конфузора и диффузора, узкие части которых расположены с зазором, образующим щель для отбора давления, кромка широкой части конфузора выполнена с радиусом затупления, составляющим 0,2 диаметра его узкой части, длина конфузора равна диаметру его узкой части, углы раствора конфузора и диффузора составляют соответственно 45÷50° и 8÷10°, а отношение диаметров узких частей конфузора и диффузора меньше единицы, (см. авт. свид. СССР №672526, G01L 19/00, Б.И. №25, 1979) и принятый за прототип.
п
1
При помещении приемника в воздушный поток в зоне щели для отбора давления скорость потока увеличивается, а его давление уменьшается, в результате увеличивается разность ΔP между полным давлением Pвстречного потока воздуха и давлением P в зоне щели для отбора давления
п
1
2
2
ΔP=P-P=ρV/(2m),
2
где ρ - плотность воздуха, V - скорость встречного потока воздуха, m - коэффициент проточного приемника (m<1),
т.е. увеличивается чувствительность при измерении воздушной скорости. Благодаря наличию проточного канала уменьшается погрешность от углов скоса потока.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже результата при использовании известного приемника воздушного давления, принятого за прототип, относится необходимость дополнительного приемника полного давления и уменьшение чувствительности при измерении малой воздушной скорости летательного аппарата.
Технический результат - повышение чувствительности при измерении малой воздушной скорости летательного аппарата.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный приемник воздушного давления содержит корпус с проточным каналом в виде соединенных между собой круглых конических конфузора и диффузора, узкие части которых расположены с зазором, образующим щель для отбора давления, кромку широкой части конфузора с радиусом затупления, составляющим 0,2 диаметра его узкой части, длину конфузора равной диаметру его узкой части, углы раствора конфузора и диффузора 45÷50° и 8÷40°, соответственно.
1
Особенностью является то, что в корпусе приемника выполнен второй проточный канал, аналогичный первому, при этом диаметры узких частей диффузоров первого и второго проточных каналов одинаковые и равны диаметру узкой части конфузора первого проточного канала, диаметр узкой части конфузора второго проточного канала меньше диаметра узкой части конфузора первого проточного канала, щель за конфузором первого проточного канала предназначена для отбора давления P а щель за конфузором второго проточного канала предназначена для отбора давления
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема приемника в разрезе, на фиг. 2 - зависимость изменения коэффициента проточного приемника давления от отношения диаметров узких частей конфузорного и диффузорного участков, на фиг. 3 - зависимости коэффициентов проточных приемников от скорости воздушного потока, на фиг. 4 - зависимость чувствительности предлагаемого приемника воздушных давлений от скорости потока.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
1
2
Корпус 1 (фиг. 1) содержит первый проточный канал 2, образованный конфузором 3 и выходным диффузором 4. Узкие части конфузора 3 и диффузора 4 расположены с зазором, образующим щель 5 для отбора давления P соединенную пневмотрассой 6 с регистрирующим прибором. Второй проточный канал 7 образован конфузором 8 и выходным диффузором 9. Узкие части конфузора 8 и диффузора 9 расположены с зазором, образующим щель 10 для отбора давления P, соединенную пневмотрассой 11 с регистрирующим прибором.
Характеристики таких приемников воздушных давлений во многом определяются гидравлическими потерями в проточном канале. Наименьшие гидравлические потери обеспечивают наибольшую чувствительность к скорости, наименьшую чувствительность к скосу потока и приемлемую повторяемость характеристик приемника. Минимальные гидравлические потери в проточном канале обеспечиваются, если канал содержит следующие элементы: входной коллектор с радиусом R=0,2D (см. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975. - 559 с, стр. 93, 103, диаграмма 3-4), переходящий в конический конфузор с углом сужения 45÷50°, с диаметром узкой части D и длиной сужающего участка l=D (см. там же, стр. 94, 105, диаграмма 3-7); диффузор с углом расширения 8÷40°, начинающийся от щели отбора давления (см. там же, стр. 154, 174÷477, диаграмма 5-2).
1
2
1
2
В предлагаемом приемнике воздушных давлений кромки широких частей конфузоров 3, 8 выполнены с радиусом затупления R=0,2D, где D - диаметр узкой части конфузора 3. Длина l конфузоров 3, 8 равна диаметру D узкой части конфузора 3. Углы α раствора конфузоров 3, 8 составляют 45÷50°. Углы α раствора диффузоров 4, 9 составляют 8÷10°. Диаметры D узких частей диффузоров 4, 9 одинаковые и равны диаметру D узкой части конфузора 3, диаметр D узкой части конфузора 8 меньше диаметра D узкой части конфузора 3.
Комбинированный приемник воздушных давлений работает следующим образом.
1
При движении летательного аппарата измеряемый поток воздуха ускоряется в конфузоре 3 проточного канала 2, при этом давление потока уменьшается. Так как параметры проточного канала 2 имеют минимальные гидравлические потери, то давление P в зоне щели 5 отбора давления будет минимальным.
2
1
2
1
2
1
Аналогично, в проточном канале 7 поток также ускоряется, но так как в этом канале D<D, то гидравлические потери больше и давление P в зоне щели 10 отбора давления будет больше, чем давление P. В результате разность ΔP давлений (P-P), отбираемых из щелей 10, 5, больше нуля и зависит от скорости воздушного потока.
2
2
1
1
Результаты экспериментального исследования прототипа приведены на фиг. 2 и фиг. 3, где 12 - зависимость изменения Δm коэффициента проточного приемника давления от отношения диаметров D/D узких частей конфузорного и диффузорного участков; 13 - зависимость коэффициента m проточного приемника от скорости воздушного потока при D=D.
1
1
2
Исследования показали, что при уменьшении отношения D/D (фиг. 2, зависимость 12) коэффициент m проточного приемника увеличивается, что приводит к уменьшению чувствительности по скорости. Наибольшую чувствительность по скорости имеет проточный приемник, у которого D=D. При скорости менее 40 км/час (фиг. 3, зависимость 13) наблюдается увеличение коэффициента т проточного приемника, что приводит к уменьшению чувствительности известных приемников при измерении малой воздушной скорости летательного аппарата.
1
2
Результаты экспериментального исследования опытного образца приемника воздушных давлений с проточными каналами 2 и 7 (фиг. 1) приведены на фиг. 3 и фиг. 4, где 13 - зависимость коэффициента  проточного канала 2 от скорости воздушного потока при D=D 14 - зависимость коэффициента  проточного канала 7 от скорости воздушного потока при D<D; 15 - зависимость чувствительности предлагаемого комбинированного приемника воздушных давлений от скорости потока.
п
1
2
Зависимости разности полного давления P и давлений P, P в узких сечениях 5, 10 проточных каналов 2, 7 от скорости потока и коэффициентов ,  можно записать в виде
п
1
1
п
2
2
2
2
2
2
P-P=ρV/(2m ); P-P=ρV/(2m ),
где ρ - плотность воздуха, V - скорость воздушного потока, ,  - коэффициенты проточных каналов 2, 7.
2
1
Тогда разность ΔP давлений (P-P), отбираемых из щелей 10, 5, может быть представлена в виде
2
1
2
ΔP=P-P=KρV/2,
2
1
2
1
2
2
2
2
где К=(m -m )/(m ×m ) - чувствительность комбинированного приемника воздушных давлений.
2
Так как D<D, то конфузор 8 при одной и той же скорости воздушного потока работает при меньшем числе Рейнольдса, нежели конфузор 3. В результате в проточном канале 7 гидравлические потери при уменьшении скорости потока растут быстрее, чем в проточном канале 2, последнее приводит к более интенсивному возрастанию коэффициента  по отношению к коэффициенту .
Таким образом, чувствительность предлагаемого комбинированного приемника воздушных давлений при уменьшении скорости потока возрастает (фиг. 4, зависимость 15).
Исследования показали, что предлагаемый комбинированный приемник воздушных давлений не требует наличия приемника полного давления и имеет более высокую чувствительность при измерении малых скоростей по сравнению с существующими приемниками воздушных давлений.
Предлагаемый комбинированный приемник воздушных давлений может найти применение на транспорте для измерения скорости летательного аппарата, например, вертолета.