專(zhuān)利名稱(chēng)：空氣壓力接受器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了飛機(jī)飛行參數(shù)的確定，或者有關(guān)液體和氣體流的其它科技領(lǐng)域。
氣流參數(shù)測(cè)量是飛機(jī)空氣飛行力學(xué)和氣動(dòng)力學(xué)中最重要問(wèn)題之一。目前，用于測(cè)量飛行(氣流)參數(shù)的是空氣壓力接受器(APH)，它通常直接裝在飛機(jī)機(jī)身或它的其它部件上，空氣壓力接受器測(cè)量接近平面流的局部氣流的實(shí)際參數(shù)。飛機(jī)上一般裝有許多這樣的APH來(lái)測(cè)量氣流的局部參數(shù)。根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的標(biāo)定來(lái)確定真實(shí)參數(shù)。由于顯著擴(kuò)大的飛行攻角和寬范圍的飛行速度(從緩慢的亞音速到遠(yuǎn)超過(guò)超音速的速度)，飛行參數(shù)測(cè)量對(duì)高機(jī)動(dòng)性能的飛機(jī)是一個(gè)非常重要的工作。由于直升機(jī)的高度機(jī)動(dòng)性能(前后、左右和上下飛行)和利用飛行參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)作這些模式的自動(dòng)化飛行，這個(gè)工作對(duì)直升機(jī)尤為重要。
已知一個(gè)空氣壓力接受器包括柱桿形式的外殼，沿截面周邊設(shè)置了進(jìn)氣孔，并通過(guò)管道與接頭連接(Petounin A.N.，“測(cè)量氣流參數(shù)的技術(shù)和設(shè)備”，莫斯科機(jī)械建筑出版社，1972年，88-100頁(yè)，

圖1.102；Glaznev V.N.,Zavaroukhin S.G.，“采用寬數(shù)字范圍的柱形傳感器對(duì)平面和軸對(duì)稱(chēng)渦流的試驗(yàn)研究”，莫斯科空氣流體動(dòng)力學(xué)中央研究所學(xué)報(bào)，14卷4期，1983年)。根據(jù)連結(jié)已確定參數(shù)與測(cè)量壓力的標(biāo)定關(guān)系，采用上述空氣壓力接受器測(cè)量連續(xù)氣流區(qū)中空氣壓力接受器迎風(fēng)側(cè)產(chǎn)生的壓力，來(lái)確定氣流參數(shù)。
上述類(lèi)型的APH缺點(diǎn)如下●由于已知的跨音速穩(wěn)定性現(xiàn)象，不可能在0.8到1.1馬赫數(shù)范圍內(nèi)測(cè)量靜壓到滿(mǎn)意的精度；●為了確定氣流參數(shù)，不可能采用設(shè)在空氣壓力接受器分離氣流層中背風(fēng)側(cè)上的進(jìn)氣孔，在這些孔中，雖然不受跨音速穩(wěn)定性的影響，但壓力與雷諾數(shù)、表面粗糙度和進(jìn)入氣流擾動(dòng)程度有很大關(guān)系。●還有另一個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際上是以上缺點(diǎn)的結(jié)果，它具有明顯過(guò)多的測(cè)壓管道數(shù)目，因?yàn)闉榱舜_定三個(gè)參數(shù)(總壓Pt，靜壓Ps和下洗角α)，該APH在自由分離層中迎風(fēng)側(cè)上至少要設(shè)三個(gè)孔；粗略的估計(jì)說(shuō)明了如果要在α=0～360°范圍內(nèi)確定氣流參數(shù)并保持滿(mǎn)意的靈敏度時(shí)，至少需要沿APH截面周邊等間隔的8或9個(gè)進(jìn)氣孔(節(jié)距為45°或40°)，它造成了APH尺寸增加，氣動(dòng)阻力提高、APH本身重量以及測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)重量的增加，因?yàn)閴毫鞲衅鞅仨毰c每個(gè)管道連接；另外，這造成了該APH的測(cè)量系統(tǒng)更費(fèi)錢(qián)。
已知有一種設(shè)備(歐洲專(zhuān)利文件，公布號(hào)0049756B1,G01 F 1/46,G01 L 13/00，“測(cè)量壓差的設(shè)備”；優(yōu)先權(quán)號(hào)09.10.80 DE 3038180，專(zhuān)利持有人IWK Regier und Kompensatoren有限公司；發(fā)明人Fehbr,Dieter,Dr.,Dipl-Phys.)適于測(cè)量壓降。這種設(shè)備的基本構(gòu)件是正六角棱柱形的桿，在其每個(gè)邊上有一個(gè)孔(或者與氣壓管道連接的許多孔)用于壓力測(cè)量。當(dāng)桿在氣流中的方向使氣流速度向量延伸通過(guò)有開(kāi)口的邊、桿的軸線(xiàn)和對(duì)著的邊時(shí)，采用通過(guò)氣壓管道與上述孔連接的壓力傳感器檢測(cè)到接近總壓的壓力。當(dāng)桿在氣流中的方向使桿上的孔相對(duì)于速度向量散開(kāi)180時(shí)，可利用這些孔來(lái)確定底壓。因此，采用這種類(lèi)型的APH，可根據(jù)預(yù)設(shè)標(biāo)定來(lái)測(cè)量氣流強(qiáng)度(或總壓Pt和靜壓Ps)。上述專(zhuān)利推薦由如上述方向的兩個(gè)桿組成的設(shè)備，用于測(cè)量氣體管道中的Pt和Ps。
但是，這種APH或根據(jù)它作出的設(shè)備，不能真正適合于同時(shí)測(cè)量三個(gè)氣流參數(shù)(總壓Pt，靜壓Ps和下洗角(攻角)α)，因?yàn)樗狈m當(dāng)?shù)目讛?shù)，對(duì)進(jìn)氣壓力至少要三個(gè)孔。實(shí)際上，已知要根據(jù)壓力Pi與未擾動(dòng)氣流攻角(下洗角)α、總壓Pt和未擾動(dòng)氣流靜壓Ps之間的以下預(yù)定關(guān)系來(lái)確定氣流參數(shù)Pi=fi(α,Pt,Ps)(1)它在i個(gè)進(jìn)氣壓力點(diǎn)上由空氣壓力接受器測(cè)量。為了相對(duì)于α,Pt,Ps求解該方程系，需要i≥3個(gè)孔，另外，這個(gè)方程系必須充分適定。例如，當(dāng)兩個(gè)孔i=1和i=2位于壓力平衡的分離層中，則P1≈P2將在很大α范圍中起作用，方程系變成不適定和不能求解。因此，當(dāng)需要在α=0～360°范圍內(nèi)測(cè)量平面平行流的參數(shù)時(shí)，如試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析所說(shuō)明，APH本體必須具有i≥4個(gè)孔，并且它們要分布成可實(shí)現(xiàn)從某些孔到另外一些孔的“轉(zhuǎn)換”。
上述先前技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是壓力進(jìn)氣孔設(shè)在棱柱邊上。這造成了即使這種APH相對(duì)于氣流(如上述的位置)稍微再定向，氣流會(huì)從該邊上分離。這造成了損失對(duì)α改變的靈敏度，即上述方程系(1)變得不可解。
空氣壓力接受器的最相關(guān)的先有技術(shù)為具有等邊三角形截面的桿形。在桿的端面，與這個(gè)桿同一軸線(xiàn)上設(shè)有一個(gè)柱形的上部結(jié)構(gòu)，它具有側(cè)邊與桿截面?zhèn)冗呄嗤牡冗吶切谓孛?，上述三角形相?duì)于桿截面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度φ=60°。在桿和上部結(jié)構(gòu)的側(cè)平面上，設(shè)有通過(guò)管道與接頭連接的六個(gè)進(jìn)氣孔(Golovkin M.A.,Yefremov A.A.，“空氣壓力接受器”，專(zhuān)利號(hào)RF N 1809341,1991年4月8日為優(yōu)先權(quán)日)。
這種APH的缺點(diǎn)如下●設(shè)計(jì)復(fù)雜；●確定飛行參數(shù)的精度不夠，特別是在氣流滑動(dòng)情形時(shí)；●過(guò)多的測(cè)壓管道數(shù)目，造成APH本身和整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)重量增加。
本發(fā)明的目的是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)飛行(氣流)參數(shù)測(cè)量精度，降低APH結(jié)構(gòu)重量和整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)重量。
采用以下技術(shù)辦法可達(dá)到所預(yù)期的技術(shù)結(jié)果空氣壓力接受器作成多邊桿形式，邊的方向沿著桿軸方向，在各邊之間桿的平滑側(cè)面上設(shè)有一組孔，通過(guò)氣壓管道與設(shè)在氣流外的出氣接頭連接。沿縱向的邊是連續(xù)的，并且其數(shù)目n＞3；一組孔與確定側(cè)面的邊相隔a≥0.1b值，這里b是在任何桿截面中各邊之間的距離；在任何桿截面中側(cè)面之間的角度為γ＜180°。由此簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，也改進(jìn)了在氣流滑動(dòng)時(shí)確定飛行參數(shù)的精度，因?yàn)闆](méi)有如APH最相關(guān)先有技術(shù)的情形中那樣在其兩個(gè)部分(桿和上部結(jié)構(gòu))連接處流出并接近進(jìn)氣孔的分裂尾流。
采用以下設(shè)置也可達(dá)到所預(yù)期的技術(shù)結(jié)果銳邊可倒圓或用倒角變鈍，上述倒圓或倒角在離兩個(gè)相鄰側(cè)面連結(jié)處的c≤0.05b距離上與桿的平滑側(cè)面連結(jié)。這種倒圓或倒角可能是獨(dú)有的技術(shù)特性。按照試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，上述c≤0.05b值實(shí)際上把氣流分離線(xiàn)定位到圓角或倒角與桿側(cè)面的連結(jié)區(qū)，由此保證了測(cè)量與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)。通過(guò)把邊作成在桿上突起的形式，在桿截面中測(cè)出高為h≤0.1b和寬為e≤0.1b，也可達(dá)到所預(yù)期的技術(shù)結(jié)果。如已進(jìn)行的試驗(yàn)研究所說(shuō)明，上述這種突起形狀把氣流分離線(xiàn)定位到突起上，并且也使測(cè)量與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)。在某些情形下，突起形狀的邊能夠在很大程度上簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
通過(guò)桿側(cè)面為柱形或錐形也可達(dá)到所預(yù)期的技術(shù)結(jié)果。由此簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，并且其制造變得少花錢(qián)。
通過(guò)在各邊之間的桿側(cè)面為凸形也可達(dá)到所預(yù)期的技術(shù)結(jié)果。這種APH形狀在一方面容許盡量減小雷諾數(shù)對(duì)壓力測(cè)量的影響，另一方面改進(jìn)了測(cè)量設(shè)備的靈敏度，因?yàn)樵龃罅怂鶞y(cè)壓力對(duì)下洗角的導(dǎo)數(shù)，從而大大降低了測(cè)量誤差值。
通過(guò)選擇桿上邊數(shù)為四，五或六邊也可達(dá)到所預(yù)期的技術(shù)結(jié)果，邊數(shù)與要測(cè)量飛行(氣流)參數(shù)所需的攻角范圍有關(guān)。特別是，如已進(jìn)行的試驗(yàn)所說(shuō)明，當(dāng)在-90°＜α＜90°范圍內(nèi)作測(cè)量時(shí)，采用四邊桿是足夠的，因?yàn)樵跅U上總可以在APH迎風(fēng)側(cè)選擇對(duì)α,Pt,Ps變化足夠敏感的兩個(gè)壓力(即P1和P2)，以及在APH背風(fēng)的底側(cè)可取一個(gè)壓力(P3)。然后，如已進(jìn)行的試驗(yàn)所說(shuō)明，上述方程系(1)可相對(duì)于α,Pt,Ps求解，由此可減少所需測(cè)壓管道的數(shù)目，從而降低APH本身和整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的重量。當(dāng)要測(cè)量飛行(氣流)參數(shù)所需的攻角范圍為α=0～360°時(shí)，如試驗(yàn)數(shù)據(jù)所說(shuō)明，要采用五邊或六邊桿。
圖1-3和4-6表示了本發(fā)明空氣壓力接受器的兩個(gè)實(shí)施例。
圖7-10表示了本發(fā)明APH的實(shí)施例，其中邊是(a)倒圓(圖8)，或者(b)用倒角變鈍(圖9)。
圖11-19表示了本發(fā)明APH的實(shí)施例，其中邊作成在桿上突起的形式。
圖20-22和23-25表示了本發(fā)明APH的實(shí)施例，分別具有柱形和錐形的桿側(cè)面。
圖26-28,29-31和32-34表示了本發(fā)明APH的實(shí)施例，其中桿分別具有四、五和六條邊。
圖35表示了體現(xiàn)本發(fā)明桿式APH的最佳模式，桿具有平面組成的錐形側(cè)表面和正多邊形的截面，并表示了在確定飛行(氣流)參數(shù)設(shè)備中采用推薦APH的例子。
圖36表示了相對(duì)于氣流滑動(dòng)角β=0和β=30°，當(dāng)氣流下洗角α從0變化到180°時(shí)，推薦APH實(shí)施例最佳模式和原型APH的壓力比Cp=(P-Ps)/q(其中P是最相關(guān)的先有技術(shù)的APH上部結(jié)構(gòu)側(cè)面之一或者推薦APH桿側(cè)面之一上檢測(cè)到的壓力；Ps是靜壓，q是動(dòng)壓)變化。該圖采用了以下符號(hào)A-在β=0時(shí)的最相關(guān)的先有技術(shù)的APH；B-在β=0時(shí)推薦APH實(shí)施例最佳模式；C-在β=30°時(shí)的最相關(guān)先有技術(shù)的APH；D-在β=30°時(shí)推薦APH實(shí)施例最佳模式。
圖37和38表示了采用推薦APH實(shí)施例最佳模式(曲線(xiàn)D)和最相關(guān)先有技術(shù)的APH(曲線(xiàn)C)，在確定下洗角α和速度V中的綜合誤差Δα和ΔV之例，它是根據(jù)在值β=30°慢氣流速度V=15m/s下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的。
圖39和40表示了采用推薦APH實(shí)施例最佳模式(曲線(xiàn)B)和原型APH(曲線(xiàn)A)，在確定下洗角α和速度V中的測(cè)量誤差Δα和ΔV，壓力測(cè)量誤差為0.5mm水柱，它是根據(jù)在值β=30°慢氣流速度V=15m/s下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的。
空氣壓力接受器包括多邊桿1，它的邊2方向沿著桿1縱向，在各邊2之間有一組孔3，通過(guò)氣壓管道4與接頭5連接。沿縱向的邊2是連續(xù)的，其數(shù)目為n＞3；一組孔3在邊2之間設(shè)置在桿1的平滑側(cè)面6上，與邊2相隔a≥0.1b值，這里b是在任何桿截面中各邊之間的距離；在任何桿截面中側(cè)面之間的角度為γ＜180°。推薦APH中的銳邊2可倒圓或用倒角變鈍，上述倒圓或倒角在離兩個(gè)鄰接側(cè)面連結(jié)處c≤0.05b距離上與桿1的平滑側(cè)面6連結(jié)。邊2可作成在桿1上突起的形式，在桿截面中測(cè)出高為h≤0.1b和寬為e≤0.1b。桿的側(cè)面6可以是柱形、錐形或凸形。桿上邊2數(shù)目可根據(jù)要完成的規(guī)定工作而變化，為四、五或六條；桿截面不需要完全圓形。
推薦空氣壓力接受器的操作如下。通過(guò)氣壓管道4傳遞和由測(cè)量裝置測(cè)量由進(jìn)氣孔3檢測(cè)到的壓力，測(cè)量裝置是通過(guò)氣壓管道8與接頭5連接的壓力傳感器7(圖35)。根據(jù)所測(cè)量的壓力值，利用以表格或函數(shù)形式預(yù)先儲(chǔ)存在裝置9中的標(biāo)定關(guān)系，計(jì)算機(jī)裝置9計(jì)算氣流參數(shù)值α,Pt,Ps。在預(yù)設(shè)標(biāo)定和計(jì)算氣流參數(shù)時(shí)，利用三組進(jìn)氣孔中檢測(cè)到的壓力兩個(gè)孔在迎風(fēng)側(cè)和一個(gè)孔在背風(fēng)側(cè)，即圖36中表示為“a”和“b”的區(qū)域。比較所檢測(cè)到的壓力值用算術(shù)方式選擇孔組，并考慮到迎風(fēng)進(jìn)氣孔相應(yīng)于最大壓力值。
根據(jù)推薦APH的設(shè)置，其中沿縱向的邊是連續(xù)的，以及在各邊之間設(shè)有進(jìn)氣孔的桿側(cè)面是平滑的，在存在氣流滑動(dòng)時(shí)推薦APH沒(méi)有如APH原型情形中那樣在其兩個(gè)部分(桿和上部結(jié)構(gòu))連接處流出的分裂尾流。因此減小了當(dāng)存在氣流滑動(dòng)時(shí)在確定下洗角α和速度V中的誤差Δα和ΔV(圖37,38)。
由于推薦APH中的邊數(shù)n＞3，因而推薦APH迎風(fēng)側(cè)面上的壓力比對(duì)下洗角的導(dǎo)數(shù)值αC/δα比最相關(guān)先有技術(shù)的APH(n=3)的大(圖36)。在各邊之間的側(cè)面為凸形時(shí)，導(dǎo)數(shù)值αC/δα仍有較大的值。因此，在確定推薦空氣壓力接受器的下洗角中的測(cè)量誤差Δα量級(jí)約比最相關(guān)先有技術(shù)的APH小兩倍，在確定速度值的測(cè)量誤差ΔV量級(jí)與最相關(guān)先有技術(shù)的APH相一致(圖39,40)。
由于推薦APH是一個(gè)桿，而最相關(guān)先有技術(shù)的APH實(shí)質(zhì)上是一個(gè)復(fù)合裝置，包括一個(gè)桿和一個(gè)上部結(jié)構(gòu)，因此在很大程度上簡(jiǎn)化了空氣壓力接受器的設(shè)計(jì)。在推薦APH上采用作成突起形式的邊，以及當(dāng)推薦APH的桿側(cè)面為柱形或錐形時(shí)，也可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。由此設(shè)計(jì)不僅變得更簡(jiǎn)單，而且其制造變得少花錢(qián)。
例如，對(duì)所需-90°＜α＜90°范圍選擇推薦APH具有四條邊，或者對(duì)α=0～360°范圍選擇推薦APH具有五條邊時(shí)，與最相關(guān)先有技術(shù)的APH比較，可減少所需的測(cè)量管道數(shù)目，在推薦APH的四邊桿情形中為2個(gè)管道，在推薦APH的五邊桿情形中為1個(gè)管道。由此，由于所需壓力傳感器數(shù)目的減少，可明顯降低APH本身和整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的重量。
因此，采用推薦空氣壓力接受器可以使得簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)氣流(飛行)參數(shù)測(cè)量的精度，并且也降低APH本身和整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的重量。所有這些特性均在很大程度上增強(qiáng)了推薦APH的競(jìng)爭(zhēng)力。
權(quán)利要求
1．一種用于確定氣流參數(shù)的空氣壓力接受器，它包括一個(gè)多邊桿，桿邊方向沿著桿軸方向，在各邊之間桿的平滑側(cè)面上設(shè)有一組孔，通過(guò)氣壓通道與設(shè)在氣流外的出氣接頭連接，其特征在于沿縱向的邊是連續(xù)的，其數(shù)目n＞3；以及一組孔與確定上述側(cè)面的邊相隔a≥0.1b值，這里b是在任何桿截面中各邊之間的距離；在任何桿截面中側(cè)面之間的角度為γ＜180°。
2．如權(quán)利要求1中的空氣壓力接受器，其特征在于銳邊倒圓或用倒角變鈍，上述倒圓或倒角在離兩個(gè)相鄰側(cè)面連結(jié)處的c≤0.05b距離上與桿的平滑側(cè)面連結(jié)。
3．如權(quán)利要求1中的空氣壓力接受器，其特征在于把邊作成在桿上突起的形式，在桿截面中測(cè)出高為h≤0.1b和寬為e≤0.1b。
4．如以上權(quán)利要求中任一條的空氣壓力接受器，其特征在于桿側(cè)面為柱形。
5．如權(quán)利要求1-3中任一條的空氣壓力接受器，其特征在于桿側(cè)面為錐形。
6．如以上權(quán)利要求中任一條的空氣壓力接受器，其特征在于桿側(cè)面為凸形。
7．如以上權(quán)利要求中任一條的空氣壓力接受器，其特征在于桿上邊的數(shù)目為四。
8．如權(quán)利要求1-6中任一條的空氣壓力接受器，其特征在于桿上邊的數(shù)目為五。
9．如權(quán)利要求1-6中任一條的空氣壓力接受器，其特征在于桿上邊的數(shù)目為六。
全文摘要
一種空氣壓力接受器用于確定空氣流、其它氣體或液體流參數(shù)、以及飛機(jī)飛行參數(shù)。空氣壓力接受器包括一個(gè)多邊桿,桿邊的方向沿著桿軸方向,在各邊之間桿的平滑側(cè)面上設(shè)有一組孔,通過(guò)氣壓管道與設(shè)在氣流外的出氣接頭連接。沿縱向的邊是連續(xù)的,并且其數(shù)目n>3。一組孔與邊相隔a≥0.1b值,這里b是在任何桿截面中各邊之間的距離。在任何桿截面中側(cè)面之間的角度為γ<180°。銳邊可倒圓或用倒角變鈍,也可把邊作成突起的形式。桿側(cè)面可為凸形、柱形或錐形。桿上邊數(shù)可為4,5或6。這種空氣壓力接受器參數(shù)使得:改進(jìn)氣流(飛行)參數(shù)精度,簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低其重量。
文檔編號(hào)G01P5/16GK1314995SQ99809926
公開(kāi)日2001年9月26日 申請(qǐng)日期1999年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月6日
發(fā)明者葉夫根尼·S·沃澤達(dá)耶夫, 弗拉基米爾·A·戈洛夫金, 米凱爾·A·戈洛夫金, 安德烈·A·葉列莫夫, 瓦萊里·P·格爾班 申請(qǐng)人:以朱可夫教授命名的中央空氣流體力學(xué)研究院, 俄羅斯聯(lián)邦司法部軍事智力活動(dòng)成果法律保護(hù)公司