气压探头装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及航空领域，具体涉及测量飞行器飞行参数或风洞流场参数的装置。本发明专利技术气压探头装置包括：开设有进气孔的头部，所述进气孔经气动通道与耦合器相连；连接于所述头部之后的支撑部；所述头部表面设有涡轮发生器；所述涡流发生器可以为探头表面的凹槽或突体结构，或者组成头部和支撑部表面的平面或曲面单元相互配合连接而成的肋状结构。本发明专利技术的技术效果在于扩大探头的可测试范围和应用范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及航空领域，具体涉及测量飞行器飞行参数或风洞流场参数的装置，更具体地说，涉及气流三维速度矢量及静态压力的测量。
技术介绍
气压探头是飞行气流参数测试系统中最关键的组成部件，其测量数据可进一步处理成飞行高度和速度值，并提供给机舱内的机组人员。现有气压探头具有多种形状和构造：——细长的轴向对称体结构，具有半球状、锥状或圆拱状头部，头部上设有若干进气口，进气孔通过气动通道与耦合器连接(A.N.Petunin,Methodsandtechniquesformeasuringgasflowparameters.–M.:Mashinostroenie,1972，pp.20-21,118-125)。——具有一圆形横截面的圆柱杆壳体，壳体一侧面设有若干进气口，进气孔通过气动通道与耦合器连接(A.N.Petunin.Methodsandtechniqueofmeasuringgasflowparameters,M.,Mashinostroenie,1972,pp.88-100)。——具有一底部横截面的柱状杆壳体，壳体正面迎风部分及底部横截面上均设有进风口(M.A.Golovkin,V.I.Guskov,A.A.Efremov,Airpressureprobe,RU1723879ofMarch11,1997)。上述结构或类似结构的气压探头存在的主要缺陷在于无法测量三维气流参数。解决了上述技术问题的与本专利技术最接近的现有技术公开了一种气压探头，该探头具有球状头部及带有圆形截面的直线型或L形支撑部，所述球状头部上设有若干进气口，该进气口经气动通道与耦合器连接(VijayRamakrishnanandOthonK.Rediniotis.Developmentofa12-HoleOmnidirectionalFlow-VelocityMeasurementProbe.-AIAAJournal,Vol.45,No.6,June2007,pp.1430-1433)。上述气压探头存在以下缺陷：——测量范围受气体雷诺数和流体速度限制。——气压探头头部的表面质量需满足严格的要求。——设计结构复杂。——应用范围受限。上述缺点由如下原因导致：1.已知增大雷诺数将导致光滑球体绕流场由亚临界态变为超临界态，引起流动分离点位置的急剧改变(K.P.Petrov,SimpleShapeBodyAerodynamics.Scientificpublication–M.:FactorialPublishingHouse,1998,pp.58-68)。光滑球体表面气压分布随之急剧变化(流体速度和相应雷诺数表征)。当从数学上模拟气压探头工作，在扩大数据库并引入某些修正时，所测结果需考虑绕流特性对于雷诺数的依赖性，这就相应使得基于创建的数学模型进一步进行的速度分量及攻角的计算变得复杂。为了消除上述问题，现有技术中探头头部被设计为直径较小的球形(d＝6.35mm和d＝9.53mm)(www.aeroprobe.com)，导致球形头部绕流场在整个工作速度(d＝6.35mm，V<320m/s；d＝9.53，V<70m/s，同上)和雷诺数范围内均具有亚临界性质，且球体表面边界层为层流边界层。然而，如图10所示并体现于(K.P.Petrov,同上)的实验结果显示，在光滑球体亚临界绕流场中，雷诺数Re＝85000条件下，时边界层将发生分离(其中为驻点径向矢量与边界层分离点径向矢量之间的夹角)，其结果是为测量任意速度矢量，需要在气压探头头部表面均匀对称开设18个小孔以测定气压，每个小孔经气动通道与耦合器连接，从而使气压探头的结构更为复杂，探头重量增加。而采用数量更少的均匀分布小孔并不可行，因为可能会造成最终气压只由一个进气孔测量，而其余孔均处于分离区的情况(驻点与其中一个进气孔匹配)。除此之外，头部及其附属支撑部的尺寸决定了其上的气动通道必须采用很小的内径。另外，由于气动通道具有的较长长度(头部直径d＝9.53mm(www.aeroprobe.com)时，包括L形支撑部全长为357mm)，将造成信号传递的显著延滞，从而延迟获得测量数据。2.已知为保持球体亚临界绕流及其表面的层流边界层状态(由于压力探头尺寸很小，无法使用专用设备产生强迫层流)，需保证球体表面具有极高的光滑度。球体表面上的任何不平整或不光滑点都将造成边界层湍流，最终导致亚临界绕流态转变为超临界绕流态(比如：参考PrandtlL.–TietjensO.Hydro-andaeromechanics–ONTINKTPUSSR,Moscow,Leningrad,1935,pp.41-45,52-54)，与飞行参数数学计算仿真模型描绘的绕流场图谱严重不一致。3.上述特征限制了现有气压探头的应用范围，只能用于风动实验和测试台测试。由于尺寸较小，该种气压探头无法承载真实飞行器气压探头必须使用的多种系统，尤其是加热系统、气动通道冷凝水蒸气排除系统等，因此无法用于真实飞行器。增大探头尺寸同样不可行，其原因为，为保持亚临界绕流态而限制雷诺数，将缩小可测量速度范围至不可接受的水平(V<30m/s)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有改进的操作特性的气压探头装置，消除了现有技术的上述缺点。本专利技术的有益技术效果包括：(1)在探头头部表面设置涡流发生器，使得气压探头绕流场在整个亚音速范围和雷诺数范围内均为超临界态。(2)扩大迎面气流速度的可测试范围。(3)简化了结构设计。(4)具有更广的应用范围。为达到上述目的和技术效果，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术气压探头装置包括开设有进气孔的头部，所述进气孔经气动通道与耦合器相连，支撑部连接于所述头部之后，其中，所述头部表面设有涡流发生器，其作用在于启动超临界绕流以及消除雷诺数的影响。本专利技术技术效果还基于以下技术方案：所述涡流发生器包括各面单元以ξ≠0的角度相互配合连接而成的肋状结构形式，其曲率为0-±0.9/H，外形尺寸为0.01H-0.4H，其中H为探头头部的最小外形尺寸。本专利技术技术效果还基于以下技术方案：涡流发生器包括凹槽结构，深度a1≤0.1H，宽度b1≤0.1H；或者突体结构，高度a2≤0.1H，宽度b2≤0.1H。本专利技术技术效果还基于以下技术方案：探头头部为凸多面体结构，其平面单元数量为10-1000。...

【技术保护点】
气压探头装置，包括：开设有进气孔的头部，所述进气孔经气动通道与耦合器相连；连接于所述头部之后的支撑部；以及设置于所述头部表面，用于维持超临界绕流态并消除雷诺数的影响的涡流发生器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.29 RU 20131400111.气压探头装置，包括：开设有进气孔的头部，所述进气孔经
气动通道与耦合器相连；连接于所述头部之后的支撑部；以及设置于
所述头部表面，用于维持超临界绕流态并消除雷诺数的影响的涡流发
生器。
2.根据权利要求1所述的气压探头装置，其中，所述涡流发生
器包括各面单元以ξ≠0的角度相互配合连接而成的肋状结构形式，其
曲率为0-±0.9/H，外形尺寸为0.01H-0.4H，其中H为探头头部的最
小外形尺寸。
3.根据权利要求2所述的气压探头装置，其中，所述探头头部
为凸多面体结构，其平面单元数量为10-1000。
4.根据权利要求3所述的气压探头装置，其中，所述探头头部

【专利技术属性】
技术研发人员：米哈伊尔·阿列克谢耶维奇·戈洛夫金，安德烈·维克托洛维奇·维亚科夫，安德烈·亚历山大罗维奇·埃夫雷莫夫，瓦迪姆·维克托罗维奇·赛瑟夫，奥列格·安娜托拉维奇·古尔亚夫，维亚切斯拉夫·尼克拉维奇·德亚罗夫，奥列格·伊万诺维奇·纳扎罗夫，阿列克谢·亚历山大罗维奇·科谢勒夫，弗拉基米尔·乔治维奇·克拉夫兹夫，
申请(专利权)人：中央航空流体力学国有单一制研究所以茹科夫斯基教授命名FGUPTSAGI，爱罗沃斯科航空股份有限公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯;RU