ПРИЕМНИКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ. ПОГРЕШНОСТИ ПРИЕМНИКОВ
Распределение давления по поверхности приемников и, в частности, около отверстий, воспринимающих полное и статическое давление, определяется структурой потока, обтекающего приемник; в свою очередь структура потока зависит от геометрических — факторов (угла атаки приемника и формы и расположения отверстий) и от критериев подобия — числа Re и числа М потока. Кроме того, большие искажения может внести влияние деталей •самолета, во-змущающих поток, обтекающий приемник (см. § 5). Так как числа Re для приемников при современных скоростях полета достаточно велики, можно считать поток автомодельным и пренебречь влиянием этого параметра. Зато влияние угла атаки и числа М весьма значительно и может создать большие погрешности. С этими погрешностями можно бороться двумя путями: при помощи учета этих поправок при летных испытаниях и при помощи создания таких приемников, у которых эти погрешности сведены к минимуму.
Прежде всего выясним, каковы потребные диапазоны углов атаки и чисел М для современных приемников. Углы атаки крыла самолета в полете на нормальных режимах могут изменяться в крайних пределах от —5° до 15° *. Местный угол атаки у приемника, вынесенного впереди крыла вследствие влияния самолета на поток, можно грубо считать в 1,5 раза больше угла атаки крыла (при больших углах атаки). Следовательно, хороший насадок не должен иметь погрешностей в пределах углов атаки от—5° доч+20—25°.
Точность измерений зависит от того, насколько точно в динамической и статической камерах приемника устанавливаются полное давление и статическое атмосферное давление. Обратимся сначала к приемнику полного давления.
і При полете на очень малых скоростях (например, при сваливании в штопор) углы атаки могут быть еще больше. Однако рассчитывать приемник на этот случай нерационально.
На фиг. 4. 5 показан приемник со сферической головкой, применявшийся обычно раньше на самолетах с умеренными скоростями порядка V<700 км/час. На той же фигуре показаны результаты испытаний этого насадка при малой скорости при разных углах атаки приемника. Как видно, уже при углах атаки порядка 5° приемник начинает воспринимать уменьшенное полное давление. Следовательно, полный диапазон углов атаки правильной работы такого приемника не превышает 10° (от—5°
до +5°), что совершенно недоста-
недостаток еще усугубляется). Объясняется это тем, что при увеличении угла атаки критическая точка потока, обтекающего приемник, смещается по его поверхности вниз и попадает на твердую сферическую стенку, а в области отверстия давление падает. На той же фигуре показана форма приемника улучшенной формы с прямым обрезом и результаты его продувки. У этого приемника падение полного давления начинается уже при углах атаки порядка 12—14°. Таким образом этот приемник дает почти нужный диапазон углов атаки. Однако’ этот диапазон можно еще увеличить. Приемник имеет слишком толстые стенки, которые, естественно, должны оказывать примерно такое же влияние, как и стенки полусферической головки. Эксперимент показывает, что действительно при уменьшении толщины стенок рабочий диапазон углов еще расширяется и такие приемники с достаточной для практики точностью обеспечивают правильную регистрацию полного давления для всех дозвуковых скоростей и на всем летном диапазоне углов атаки. Нет особых причин ожидать каких-нибудь ненормальностей и при сверхзвуковой скорости, когда впереди приемника садится скачок уплотнения и приемник в передней части работает в дозвуковом потоке, причем величина воспринимаемого полного давления весьма точно определяется формулой Релея (4. 11).
Обратимся теперь к статической камере. Очевидно, что расположение боковых статических отверстий должно оказывать большое влияние на точность замера давления. При увеличении угла атаки на нижней поверхности образуется давление, на верхней — разрежение. На боковых поверхностях также образуется разрежение. Такой характер обтекания подтверждается экспе
риментальными данными. На фиг. 4.6 приведены результаты продувок приемника со сферической головкой, у которого имеется на боковой поверхности два симметричных отверстия. Продувки сделаны на малой скорости при двух положениях отверстий: в первом случае отверстия расположены сбоку, во втором сверху и снизу (приемник повернут вокруг своей оси на 90°). В первом случае (кривая I) относительная погрешность (разность давления в статической камере /?ПР и истинного статического давления рст, деленная на скоростной напор) после угла атаки 5° резко увеличивается по абсолютной величине и при углах атаки порядка 20° достигает величины —30,0/о из-за большого разрежения на боковых поверхностях. Наоборот, во втэ-
Фиг. 4. 6. Ошибки статической камеры приемников разных типов в зависимости от угла атаки. рпр- статическое давление, измеренное приемником; рст — истинное статическое давление. |
ром случае (кривая II) при увеличении угла атаки в статической камере образуется слегка повышенное давление, причем относительная погрешность при угле атаки 20° имеет величину всего лишь 2—3%; в этом случае разрежение сверху и давление снизу как бы компенсируют друг друга. Любопытно, что приемник, у которого сделана кольцевая щель по всему периметру, имеет кривую погрешностей (///), лежащую почти точно посредине между первыми двумя кривыми. Очевидно’, смещая нижние отверстия на некоторый угол по меридианальному сечению, а также варьируя число нижних и верхних отверстий, можно получить приемник, практически не дающий погрешности при изменении угла атаки. Именно таким путем и конструируются современные приемники давления.
Посмотрим, как влияет волновой кризис на статическую часть приемника. При сферической головке на передней части образуется зона местных сверхзвуковых скоростей со скачком уплотнения (фиг. 4.7). Влияние этого скачка распространяется при
мерно на четыре-пять калибров трубки; на этом расстоянии и приходится располагать статические отверстия. Хуже получается у цилиндрических насадков с прямым обрезом. В этом случае отверстия необходимо располагать на расстоянии не менее восьми калибров трубки. Для смягчения кризиса вполне естественно
Фиг. 4.7. Скачки уплотнения на передней части приемника., |
■обратиться к заостренным трубкам (фиг. 4.8). У таких трубок кризис возникает значительно позднее и скачок уплотнения значительно слабее. Таким путем удается получить приемники сравнительно малой длины без заметного искажения статического давления.
Большую роль играют также форма и тщательность отделки краев отверстий статической камеры. При неудачной форме или при плохой отделке краев на них при большой скорости возни-
Фиг. 4.8. Заостренный приемник статического давления. |
кают местные кризисы, волны и показания сильно искажаются. Можно думать, что из простых форм отверстий наилучшей яр ляется круглая форма. Прямоугольные прорези дают значительное искажение показаний.
Комбинируя оптимальные формы статических и динамических приемников, приходим к выводу, что наилучшей формой комбинированного приемника является круглая трубка с расположением круглых отверстий для статического давления трубки сверху и снизу на некоторой дуге окружности. Спереди эта трубка должна плавно переходить в трубку с меньшим диаметром. Такие приемники будут обеспечивать хорошие показания на необходимом диапазоне углов атаки и будут мало подвержены волновому кризису при больших скоростях.