Название: Исследование приемников воздушных давлений - Сборник лабораторных работ (И.П. Ефимов)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1182


2. лабораторная работа        № 2

 

2.1.1. Назначение ПСД и его конструкция

 

Проточный ПСД (рис. 2.1) предназначен для восприятия статического давления потока на вертолетах. Благодаря своей конструкции (отбор давления производится с внутренней профилированной поверхности), приемник  являет- ся малочувствительным к индуктивным воздушным потокам, создаваемым вращающимися несущими лопастями вертолета и направленными перпендику- лярно оси симметрии ПСД.

Основные элементы приемника: кожух 1, профилированный вкладыш 2 с отверстиями отбора давления 3, нагревательный элемент 4, съемный хвостовик

5, кронштейн 6, трубка отбора "статики" 7, соединительные провода 8, фланец

крепления 9, штуцер "статики" 10, выводы нагревательного элемента 11.

Статическое давление,  отбираемое с  внутренней профилированной по-

верхности, попадает в герметичный кожух приемника и через трубку отбора

"статики" подводится к выходному штуцеру. Нагревательный элемент исполь- зуется для защиты ПСД от обледенения. Питание обогревателя осуществляется от переменного напряжения 115 В. Хвостовик приемника сделан сменным для изменения его статической характеристики.

ностью геометрическое воздействие на воздушный поток, формируя внутри себя трубку тока, состоящую из двух сужающихся (конфузорных) и одного расширяющегося (диффузорного) участка. Согласно уравнениям Бернулли Pi +

ρVi2 = const и закону постоянства расхода SiVi = const, где ρ, P, V - плотность,

давление и скорость потока в i-м сечении трубки тока площадью Si, с помощью

такого приемника можно отбирать различные давления при постоянной высоте

полета и, следовательно, постоянном давлении набегающего потока. Величина коэффициента давления

 

P  2( P  P0 )

0

 
V 2

 

 

(2.1)

для данного приемника может изменяться в пределах от -7,0 до +0,8.

Здесь P - давление, воспринимаемое приемником; ρ - плотность воздуха; P0, V0

- давление и скорость набегающего потока.

 

 

Рис. 2.1. Проточный приемник давления

 

0

 
Если проточный ПСД устанавливается на фюзеляже летательного аппа- рата в зоне местного нулевого коэффициента давления, p должен быть равен нулю. В этом случае воспринимается неискаженное статическое давление. Очевидно, что ПСД способен "корректировать"  давление в зоне установки. Например, если местный подпор давления в области установки приемника на фюзеляже составляет +0,25ρV 2, для восприятия неискаженного статического давления ПСД должен иметь p = -0.25.

Приемник со значительным отрицательным         p используется как усили-

тель  динамического давления  (скоростного напора).  При  измерении  малых

2

скоростей потока (V0<20 км/ч) динамическое давление PД = ρV0

/2 = PП -PУ ма-

ло и лежит вне зоны чувствительности механических измерителей скорости.

Здесь PП  - полное давление набегающего потока. Если вместо P0 использовать давление PУ, отбираемое из сечения с отрицательным коэффициентом давления

(PУ<P0), то динамическое давление PДУ = PП -PУ оказывается больше, чем PД, в КУ раз. Величина КУ =  PДУ / PД = 1 + IpI называется коэффициентом аэродина- мического усиления. Наибольший коэффициент усиления достигается при от- боре статического давления PУ из минимального сечения (горла) приемника.

 

2.1.2. Математическая модель проточного ПВД

 

Рассмотрим  энергетическую  диаграмму  потока  для  проточного  ПВД

(рис. 2.2). На приемник набегает поток со скоростью V0  и динамическим дав-

2

лением (скоростным напором) Q0  = ρV0

гающего) потока P0.

/2. Давление невозмущенного (набе-

 

 

 

Рис. 2.2 Энергетическая диаграмма для проточного приемника

 

На первом участке приемника (конфузор) поток разгоняется, а его давле- ние падает. В сечении конфузора с нулевым коэффициентом p выполнен ци- линдрический участок отбора давления. Цилиндрический участок с отверстия- ми отбора "статики" является чисто технологическим элементом и, в принципе, может отсутствовать, но точность выполнения отверстий в этом случае должна быть значительно выше.

ПСД обтекается как по наружной, так и по внутренней поверхности. При обтекании внутренней поверхности формируется трубка тока, потери энергии в которой (заштрихованный участок диаграммы) передаются на вход приемника в виде подпора давления. В результате этого поток на входе ПСД несколько тормозится.

При обтекании наружной поверхности за приемником создается зона разрежения, способствующая протеканию потока через ПСД. Скорость газа в

трубке тока определяется перепадом давлений на входе и выходе (аналогично как сила тока в электрической цепи определяется напряжением на данном уча- стке цепи). Поэтому можно рассматривать данное разрежение на срезе прием- ника как некоторый дополнительный приток энергии в систему, учитываемый искусственным увеличением энергии набегающего потока. Учитывая вышеска- занное и используя уравнение Бернулли, получим выражение -для коэффици- ента давления приемника.

Полная энергия на входе ПСД PПВХ выражается следующим образом:

 

PП.ВХ.  PВХ KВХ  P0 K0    П K0  P0 K0 (1   П ) ,     (2.2)

 

где КП - коэффициент притока энергии, имеющий место вследствие образования зоны пониженного давления на срезе приемника;

PВХ, QВХ - давление и скорость потока на входе.

Давление PВХ больше P0 на величину ∆ PС, где ∆ PС - суммарные потери напора

на всем протяжении трубки тока; КС - коэффициент давления на срезе, числен-

но равный разности P0 и давления на срезе PС,  отнесенной к скоростному напо-

ру набегающего потока {КС=(P0-PС)/Q0}.

Для участка отбора давления справедливо:

 

KОТ

 PОТ

 PК 1

 P0

 K0 (1     П ) , (2.3)

 

 

где QОТ, PОТ - скоростной напор и давление на цилиндрическом участке;

∆ PК1  - потери напора на первом конфузоре.

На участке приемника от сечения отбора давления до узкой части (горла)

ПСД давление продолжает падать и становится меньше статического P0, скоро-

стной напор увеличивается и достигает максимального значения.

Для узкой части справедливо

 

KУ   PУ   PК1   PК 2  P0   K0 (1   П ) ,            (2.4)

 

где ∆ PК2 - потери давления на втором конфузоре;

PУ, QУ - давление и скоростной напор в узкой части ПСД.

На участке от горла до среза приемника (диффузор) также имеют место

потери энергии потока ∆ PД. Здесь статическое давление увеличивается, а ско-

рость уменьшается. Уравнение Бернулли для среза ПСД имеет вид:

 

KС   PС   PС

 P0   K0 (1   П ) ,      (2.5)

 

 

где QС - скоростной напор на срезе;

∆ PС - суммарные потери напора на всем проточном тракте.

Учитывая рассмотренное выше изменение энергии потока по длине при- емника, можно получить формулу для связи коэффициента давления ПСД с его геометрическими параметрами и скоростью набегающего потока.

Величины потерь энергии для конфузорных и диффузорных участков принято выражать следующим образом:

 

 P  

 K У

,           (2.6)

 

 

где γ - коэффициент гидравлического сопротивления участка;

QУ - динамическое давление потока в наименьшем (узком) сечении конфузора и диффузора.

Примечание. Коэффициенты γ для рассматриваемых участков приводятся в справочниках и определяются экспериментально. Их величины принято соот- носить к скоростному напору в узкой части конфузоров и диффузоров. Учиты-

вая (2.6) и уравнение постоянства расхода из (2.3), имеем:

 

 

PОТ

 K ВХ

m

 
2

ОТ

 

  К 1

K ВХ

m 2

 

 P0

 

 K0 (1 

 

К П )

 

,           (2.7)

 

 

 

где

S

m                  ОТ

ОТ       S

 

- коэффициент диафрагмы сечения отбора давления, численно

ВХ

 

m   SУ

S ВХ

 

равный отношению площадей сечений отбора давления и  вхо-

да приемника;

 

- коэффициент диафрагмы ПСД, численно равный отношению

 

площади узкой части к площади входа приемника;

γК1      - коэффициент гидросопротивления первого конфузора.

 

Из (2.7) получим:

 

PОТ

 

 

m

 

0                 0                        П                       2

 
 P   K (1  К   )  KВХ ОТ

 

  К 1

 

 

KВХ

m 2

 

(2.8)

 

 

Для входного сечения можно записать:

 

 

P0   K0 (1 К П )  P0    С

KВХ

m2

 

K0 КС   KВХ ,           (2.9)

 

 

где γС - суммарный коэффициент гидросопротивления на всем протоке.

Из (2.9) следует:

K0 (1 К П

 К С

)  KВХ { С

/ m 2  1}

(2.10)

 

 

Поделив в (2.10) QВХ на Q0 имеем:

KВХ

(1  К

         П

 КС )

K0       ( С

 

/ m2   1)

(2.11)

 

 

 

 

Q0:

Подставим (2.11) в (2.8) и поделим обе части полученного выражения на

m

 
PОТ

 P0

 

ОТ

 
 P  1  К

1  К

            П

 К С   (   1

            К 1 )

 

(2.12)

K

 

0

 

С

 
П         (

/ m 2   1)          2          m 2

 

 

Выражение (2.12) связывает коэффициент давления приемника с его геометрическими параметрами и скоростью набегающего потока. От геометри- ческих параметров ПСД зависят величины: rnОТ, rn, γС, γК1, КП, КС. Скорость набегающего потока оказывает наибольшее влияние на γС. Коэффициент γК1 зависит от скорости только при малых числах Рейнольдса. При V0 > 50 км/ч γК1 для серийных бортовых приемников от скорости V0 практически не зависит и определяется только геометрией соответствующего участка.

Для расчета p в соответствии с моделью (2.12) расчетно- экспериментальным путем получены зависимости коэффициентов КП, КС от геометрических параметров приемника. Как показали экспериментальные ис- следования, скорость V0 оказывает очень малое влияние на КП, КС. Поэтому можно считать, что соответствующие величины в (2.12) определяются только геометрическими параметрами проточной части ПСД.

Рассмотренная выше модель реализована на ПЭВМ типа IBM PC и явля- ется составной частью интерактивной системы синтеза проточных приемников статического давления.