一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置，属于教学演示实验领域。本发明专利技术包括内圆管、外套管、固定螺栓、压力传感器。本发明专利技术通过压差监测系统能够直观地展示所测气流总压与静压的压差，通过压力传感器能够精确的显示压力差值；根据所述压力差值，基于伯努利原理实现空速管的测速，进而实现基于伯努利原理的空速管测速原理教学演示，将理论与实践相结合，提升教学效果。此外，本发明专利技术还包括气源温度传感器和导热装置，通过温度传感器和导热装置简化控制电路，克服传统空速管的结构复杂且易结冰堵塞的问题。本发明专利技术还具有结构简单、测量方便、成本低，实验操作简便易行，携行性好等优点。性好等优点。性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置


[0001]本专利技术涉及一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置，属于教学演示实验领域。

技术介绍

[0002]空速管也叫皮托管，是一种安装在飞行设备上的零部件，空速管可以测得气流的总压(也称动压)和静压，并将测得的压力数据传送给大气数据计算机、飞行仪表等装置，利用空速管测量的压力数据可以进一步计算出飞行设备的速度、爬升率和高度等相关飞行参数。空速管测量的气流参数准确与否，事关飞行安全，国内外诸多军事及民航飞机失事造成的重大事故，很多都是由于飞行仪表出现问题所致，而飞行仪表参数的基础是流动参数的准确无误，地勤人员对飞机进行维护保养时，要将空速管上的压力孔用胶带缠绕包裹，待维保结束后，再将胶带取下，目的就是为了保证空速管压力孔不被堵塞，防止有关仪表失灵造成飞行事故，飞行员尤其是战机飞行员在起飞前也会仔细检查，目的即在于此。空速管的形式和布置受到飞机整体设计中众多因素的影响，包括飞机的气动布局、机载雷达布置、隐身性能、结构强度等。因此，传统的空速管内部结构和轮廓较复杂，在课堂教学中无法直接将飞机上的空速管搬入教室，而单独的实验教学或参观，无论是时间上还是效果上都很难保证，不利于课堂上学生对空速管原理的学习与应用。而模拟演示作为一种增强学生直观感性认识的教学手段，可以针对实际的空速管在伯努利原理方面的应用，将简化后的空速管演示装置带入到课堂之中，使学生对空速管的工作原理以及内部构造都会有一个较为直观的认识，克服了传统的课堂授课中只通过图片进行教学导致学生难以理解的问题。
[0003]鉴于此，如何设计一种现实可行，简洁方便易用，演示效果及方法良好的空速管教学演示装置具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置，通过压差监测系统能够直观地展示所测气流总压与静压的压差，通过压力传感器能够精确的显示压力差值；根据所述压力差值，基于伯努利原理实现空速管的测速，进而实现基于伯努利原理的空速管测速原理教学演示，将理论与实践相结合，提升教学效果。此外，本专利技术还能够克服传统空速管的结构复杂且易结冰堵塞的问题。本专利技术还具有结构简单、测量方便、成本低，实验操作简便易行，携行性好等优点。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0006]空速管本体具有位于内圆管的监测总压P
A
的气体流通通道和位于外套管的监测静压P
B
的气体流通通道构成的压差监测系统，从而利用伯努利原理通过压差值P
C
来得到飞机的航速。
[0007]本专利技术公开的一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置，包括内圆管、外套管、固定螺栓、压力传感器和气源。
[0008]所述气源用于产生冲进空速管的气流，进而模拟飞机不同航速、航高下的来流。
[0009]所述内圆管是将实际空速管的中心管和内部保护层简化为内圆管并用来监测总压的气体流通通道，内圆管左侧设有一个直径为D1的圆形渐缩气流入口，内圆管右侧尽头为用于监测滞止压力的封闭空间，所以此处的滞止压力为流动总压强，即通过连接压力传感器实现监测总压值P
A
。
[0010]所述外套管是将实际空速管的锥状壳体和柱状壳体以及底座简化为整个外套管并用来监测静压的气体流通通道，嵌套于所述内圆管外侧，并在左侧气流入口处设有距离为s的流动入口间隙；直径为D2的测压孔位于外套管的两侧，此处的气流相对于外部气流为相对静止状态，因此通过压力传感器监测静压值P
B
。
[0011]所述压力传感器嵌入在外套管顶端，并分别与内圆管和外套管的气流通道相连接，通过压力传感器中的膜盒测得总压P
A
与静压P
B
之间的压差值。
[0012]基于上述的内圆管与外套管所测得的总压值P
A
、静压P
B
、压差值P
C
，基于伯努利原理得到相应的空速V
A
，即基于伯努利原理简化后的空速管实现空速管测速，实现方法为：
[0013]直径为D1的圆形渐缩气流入口A处测得的压力值为滞止压力，即为内部气体流道的总压P
A
，直径为D2的两个测压孔B处测得的压力值为相对静止压力，即为外部气体流通流道的静压P
B
，则两者之间的关系用伯努利方程表达：
[0014][0015]将A、B两处的相应参数值代入伯努利方程式并结合空速管原理图(如图3所示)，得对应的流速
[0016][0017]所述外套管顶部设有用于连接固定螺栓的两个螺纹孔，用于模拟飞机上空速管的定位安装。
[0018]为了克服传统空速管的结构复杂且易结冰堵塞的问题，作为优选，本专利技术公开的一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置还包括温度传感器和导热装置。
[0019]所述温度传感器通过螺纹孔与外套管连接。所述温度传感器内置有用于监测和控制空速管壁面温度的场效应管。
[0020]所述导热装置由发热丝和热敏电阻组成，导热装置紧贴内圆管外壁面布置，贯穿于整个外套管内部。
[0021]通过发热丝对空速管进行加热，通过与发热丝串联的热敏电阻实现对温度的检测，在不同环境温度下，热敏电阻的阻值不同，通过热敏电阻的阻值改变温度传感器的输入端电压，在与设定的参考电压比较后，输出高电平或低电平至场效应管，由场效应管的导通或截止控制热阻丝的供电电路通断，从而实现导热装置的闭环控制，避免空速管在模拟的高空低温情况下的结冰堵塞；通过温度传感器和导热装置简化控制电路，降低空速管成本，能够改善空速管的加热控制效果。
[0022]直径为D2的测压孔位于外套管的两侧，作为优选，两个测压孔的夹角为120度，能够进一步提高静压监测值的精准度。
[0023]本专利技术公开的一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置的工作方法为：当模拟飞机向前飞行时，气源产生用于模拟飞机不同航速、航高下的来流，大部分气流从内圆管的气流通道冲进基于伯努利原理简化后的空速管，在内圆管末端的压力传感器会监测到气流的冲击力量，即总压P
A
。同时，位于外套管侧端的测压孔测得相对空气静止的静压强P
B
。通过位于外套管顶部的压力传感器得到两种压力的差值P
C
，基于上述的内圆管与外套管所测得的总压值P
A
、静压P
B
、压差值P
C
，基于伯努利原理得到相应的空速V
A
，即基于伯努利原理简化后的空速管实现空速管测速教学演示。
[0024]基于伯努利原理简化后的空速管实现空速管测速教学演示实验时，通过气源施加的来流速度V0；实际需要测得的参数为总压值P
A
、静压P
B
、压差值P
C
，根据上述测得的总压值P
A
、静压P
B
、压差值P
C
，基于伯努利原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置，其特征在于：包括内圆管(1)、外套管(2)、固定螺栓(3)、压力传感器(4)和气源(5)；所述气源(5)用于产生冲进空速管的气流，进而模拟飞机不同航速、行高下的来流；所述内圆管(1)是将实际空速管的中心管和内部保护层简化为内圆管并用来监测总压的气体流通通道，内圆管(1)左侧设有一个直径为D1的圆形渐缩气流入口，内圆管(1)右侧尽头为用于监测滞止压力的封闭空间，所以此处的滞止压力为流动总压强，即通过连接压力传感器(4)实现监测总压值P
A
；所述外套管(2)是将实际空速管的锥状壳体和柱状壳体以及底座简化为整个外套管并用来监测静压的气体流通通道，嵌套于所述内圆管(1)外侧，并在左侧气流入口处设有距离为s的流动入口间隙；直径为D2的测压孔位于外套管(2)的两侧，此处的气流相对于外部气流为相对静止状态，因此通过压力传感器(4)监测静压值P
B
；所述压力传感器(4)嵌入在外套管(2)顶端，并分别与内圆管(1)和外套管(2)的气流通道相连接，通过压力传感器(4)中的膜盒测得总压P
A
与静压P
B
之间的压差值。2.如权利要求1所述的一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置，其特征在于：基于上述的内圆管(1)与外套管(2)所测得的总压值P
A
、静压P
B
、压差值P
C
，基于伯努利原理得到相应的空速V
A
，即基于伯努利原理简化后的空速管实现空速管测速，实现方法为，直径为D1的圆形渐缩气流入口A处测得的压力值为滞止压力，即为内部气体流道的总压P
A
，直径为D2的两个测压孔B处测得的压力值为相对静止压力，即为外部气体流通流道的静压P
B
，则两者之间的关系用伯努利方程表达：将A、B两处的相应参数值代入伯努利方程式并结合空速管原理图，得对应的流速将A、B两处的相应参数值代入伯努利方程式并结合空速管原理图，得对应的流速所述外套管(2)顶部设有用于连接固定螺栓(3)的两个螺纹孔，用于模拟飞机上空速管的定位安装。3.如权利要求1或2所述的一种基于伯努利原理的空速管教学演示装置，为了克服传统空速管的结构复杂且易结冰堵塞的问题，其特征在于：还包括温度传感器和导热装置；所述温度传感器通过螺纹孔与外套管(2)连接；所述温度传感器内置有用于监测和控制空速管壁面温度的场效应管；所述导热装置由发热丝和热敏电阻组成，导热装置紧贴内圆管(1)外壁面布置，贯穿于整个外套管(2)内部；通过发热丝对空速管进行加热，通过与发热丝串联的热敏电阻实现对温度的检测，在不同环境温度下，热敏电阻的阻值不同，通过热敏电阻的阻值改变温度传感器的输入端电压，在与设定的参考电压比较后，输出高电平或低电平至场效应管，由场效应管的导通或截
止控制热阻丝的供电电路通断，从而实现导热装置的闭环控制，避免空速管在模拟的高空低温情况下的结冰堵塞；通过温度传感器和导热装置简化控制电路，降低空...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴钦，曲毅，王典，张嘉坤，黄彪，王国玉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：