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-

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

■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-

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.