CC BY
248
__________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ
Том XXX 1999
№1—2
УДК 533. 6. 07. 08: 531.787
ПРИЕМНИК ПОЛНОГО И СТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЙ С АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА МАХА ПРИ БОЛЬШИХ ДОЗВУКОВЫХ И СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ
ПОТОКА
А. Н. Петунии, Л. Ф. Пономарев
Описаны конструкция и метрологические характеристики приемника полного и статического давлений с аэродинамической компенсацией, предназначенного для определения чисел Маха потока в диапазоне М = 0,2 — 4,0. Элементом аэродинамической компенсации в конструкции приемника назван его конический участок, на котором расположены приемные отверстия статического давления. Показано, что аэродинамическая компенсация уменьшает погрешность измерения статического давления при М = 4,0 до величины 3%. При этом числе Маха погрешность измерения статического давления широко применявшимися цилиндрическими приемниками с оживальной приемной частью достигает 10—13%.
Цилиндрические приемники с оживальной приемной частью описаны в [1]. Будучи установленными по направлению потока (при отсутствии углов атаки и скольжения), приемники воспринимают полное давление (или давление за прямым скачком уплотнения) и давление, близкое к статическому в потоке.
Число Маха по показаниям приемника определяется по выражению
Расхождение между Мпр и действительным числом М в потоке определяется скоростным коэффициентом приемника:
К = —,
МПр
характеризующим систематические погрешности определения числа М, которые обусловлены конструкцией приемника и особенностями течения потока в зоне приемных отверстий статического давления. Погрешность определения Мпр имеет вид
— ДМпр 1 ■' 5 Мпр 1=2 , —2
ДМ„Р = _ = —^ + Арпр.
Погрешность определения скоростного коэффициента составляет
лк=^=]/ам2пр + ам2 -ДМ^Т2.
Подробные метрологические исследования цилиндрических приемников проведены в сверхзвуковых трубах ЦАГИ по программе аттестации их в качестве образцовых. Обработка результатов исследований по методике [2] дала для скоростных коэффициентов и их СКО следующие значения:
К= 1,0000 ±0,0005 при М = 0,2—2,5;
К= 0,9800 ± 0,0009 при М = 2,5-40.
Впервые в России в 1985 г. приемники были аттестованы Госстандартом в качестве образцовых в диапазоне чисел М = 0,2—2,5.
Анализ причин расхождения скоростных коэффициентов приемников для значений чисел М = 0,2—2,5 и М = 2,5—4,0 показал, что полные давления, воспринятые цилиндрическими приемниками в диапазоне М = 0,2— 4,0, соответствуют давлениям за прямым скачком уплотнения и, что причиной расхождения являются погрешности восприятия статического давления, которые достигают 10—13%. В целях приближения значений скоростных коэффициентов приемника к 1,0 в диапазоне чисел М = 2,5—4,0 была разработана и исследована серия из пяти иглообразных приемников статического давления диаметром 8 мм с аэродинамической компенсацией, один из которых изображен на рис. 1. На расстоянии 4,5 диаметра от вершины (на цилиндрическом участке головки приемника) и на расстоянии
8,5 диаметра от вершины (на коническом участке) размещены по два приемных отверстия, воспринимающие статические давления. Погрешности измерения отверстиями, расположенными на цилиндрической поверхности при М = 0-ь 1,0, не превышали 0,5%, а при М = 4,0 достигали 11,5%. Измерения с помощью отверстий на конической поверхности практически не зависят от числа М. Их погрешность не превышает 3,0%.
С учетом изложенного был разработан и исследован [3] в аэродинамической трубе Т-114 ЦАГИ приемник полного и статического давлений с аэродинамической компенсацией для определения числа Маха в диапазоне М = 0,2—4,0, изображенный на рис. 2. Приемник имеет диаметр 8 мм, оживальную приемную часть длиной 3,5 диаметра, цилиндрический участок длиной 2 диаметра, сопрягающий головку с коническим элементом аэродинамической компенсации, на котором на расстоянии 10 диаметров от вершины приемника расположены два отверстия статического давления диаметром 0,8 мм. Оживальная приемная часть, выполненная по дуге окружности диаметром 150 мм, имеет в вершине прямой срез диаметром
2,6 мм для размещения раззенкованного приемного отверстия полного
Рис. 2
Д/7 Г • цилиндрический приемник
_ о приемник в компенсацией
01 »о»о*жуь4>*>10 88°°° о0 0
-0,05 - * • • • •
-01 ------1________I_________I________I--------1________I_________I________I
’ 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 М
Рис. 3.
давления. Элемент аэродинамической компенсации имеет конусность 50 мин, его длина равна 10 диаметрам. На рис. 3 для чисел М = 0,2—4,0 приведены зависимости погрешностей измерения статического давления цилиндрическим приемником и приемником с аэродинамической компенсацией.
Механизм аэродинамической компенсации заключается в торможении поверхностного слоя потока, омывающего коническую поверхность приемника. Уменьшение местной скорости вызывает рост статического давления рпр в зоне приемных отверстий и уменьшает Мпр входящего в знаменатель выражения для скоростного коэффициента приемника, приближая его значение к 1,0.
Таким образом, приемник полного и статического давлений с аэродинамической компенсацией имеет в диапазоне чисел М = 0,2—4,0 скоростной коэффициент К = М/Мпр = 1,000010,0017. Относительная погрешность
измерения статического давления приемником не превышает 3% (при числе М = 4,0).
Приемник полного и статического давлений с аэродинамической компенсацией для определения числа М аттестован в диапазоне чисел М = 0,2 т- 4,0 в качестве образцового и включен в состав разрабатываемого эталона больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростей в качестве эталона сравнения.
ЛИТЕРАТУРА
1.Петунии А. Н. Методы и техника измерений параметров газового потока.—М.: Машиностроение.—1996.
2. Методы обработки результатов наблюдений при измерениях/ЛГруды метрологических институтов СССР.—1972. Вып. 134(194).
3. Петунин А. Н. Исходный специальный эталон единицы больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростей воздушного потока/Доклад на конференции «Метрологическое обеспечение испытаний и сертификации продукции и услуг». Росцентр испытаний и сертификации.— М., 26 февраля 1998 г.
Рукопись поступила 4/VI1998 г.
