Устройство для измерения скорости газового потока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ fEPEHИЯ СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА, содержащее привод вращения, две штанги, жестко связанные концами с валом привода и разнесенные в противоположные стороны по оси, перпендикулярной оси вала, расположенные на штангах симметрично относительно вала два. приемника давления , каждый из которых соединен пневмоканалами с соответствующим датчиком давления, токосъемник, преобразователь и синхронизатор, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения и эксплуатационной надежности устройства, в него введена следящая система, имеющая сзгмматор, запоминающий блок и исполнительный блок, при этом выходы датчиков давления подключены к сумматору , выходы сумматора и синхронизатора подключены к входу запоминаю-;) щего блока, выход которого подключен ел к входу исполнительного блока, а выход исполнительного блока связан с преобразователем и датчиками давления .

.80„„1138 44

СО03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) С О1 Р 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЯ Ы!Тий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2!) 3638842/24-!О (22) 02.09.83 (46) 07.02.85. Бшл. 9 5 (72) В. П. Белов, Л. Б. Бондарев, О. П. Гринкевич, В. К. Козицин, Л. С. Кудрявцев, Н. Н. Макаров, Г. Д. Мязин, С, А. Никольский, Б. А. Попов и Ю. А. Тепанов (53) 532.579(088 ° 8) (56) 1. Кремлевский П. II. Расходомеры и счетчики количества. М., "Машиностроение", !975, с. 426 — 428.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 864976, кл. G 01 Р 5/06, 198! (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА, содержащее привод вращения, две штанги, жестко связанные кониами с валом привода и разнесенные в противоположные стороны по оси, перпендикулярной оси вала, расположенные на штангах симметрично относительно вала два.приемника давления, каждый из которых соединен пневмоканалами с соответствующим датчиком давления, токосъемник, преобразователь и синхронизатор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и эксплуатационной надежности устройства, в него введена следящая система, имеющая сумматор, запоминающий блок н исполнительный блок, при этом выходы датчиков давления подключены к сумматору выходы сумматора и синхрониЭ ,43 затора подключены к входу запоминаю- Е щего блока, выход которого подключен к входу исполнительного блока, а выход исполнительного блока связан с преобразователем и датчиками давления.

ыы

twaL

ll387

Изобретение относится к средствам измерения скорости газового потока и может быть использовано в авиации для измерения скорости вертолетов и вертикально взлетающих анпаратов, а 5 также для измерения скорости ветра.

Известно устройство ддя измерения скорости газового потока, содержащее две скрепленные между собой поворотные штанги, разнесенные по отношению друг к другу на l80, два приемника давления, размещенные на концах штанг датчик давления, установленный в центре вращения поворотных штанг и соединенный пневмоканалами с приемниками давлений, привод постоянной скорости вращения штанг в тлоскости по- тока (i 3.

В данной конструкции за счет окружной скорости приемника давления 20 обеспечивается при малых скоростях потока возможность сформировать перепад давления, во много раз превышаю.— щий перепад между давлением заторможенного потока, измеренным с помощью 25 неподвижного. приемника давления, и давлением невозмущенного потока рд ах р 1сп 2 pq vg v () где Р =Р + — — (v +v)2-Р

Рк

max Н 2. о б давление, воспринимаемое датчиком давления при расположении приемника давления против газового потока; р . = р . + .Ь (> )2 р

Min Н 2 б Ц давление, воспринимаемое датчиком давления при расположении давления по потоку;

p — плотность потока;

Р„ — давление невозмущенного потока;

v — скорость газового потока; щ

v — окружная скорость, вращения приемника давления; р — величина давления от центроЧ„ бежной силы столба воздуха в пневмоканале. 45

44

Известны устройства, в которых предусмотрена частичная компенсация изменения плотности за счет введения в конструкцию дополнительно приемникдв н датчиков давления н температуры .невозмушенного потока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство для измерения скорости газового потока, содержащее привод постоянной скорости вращения, две штанги, жестко связанные концами с валом привода и разнесенные в противоположные стороны по оси, перпендикулярной оси вала, расположенные на штангах симметрично относительно оси вала два приемника давления, каждый из которых соединен пневмоканалами .с соответствующими датчиками дав° . ления, токосьемник, преобразователь и синхронизатор f23.

Недостатком этой конструкции явля ется ограниченная возможность в точI ности измерения, поскольку осуществлена лишь частичная компенсация изменения плотности среды, Кроме того, ошибки измерения давления невозмущенного потока могут достигать недопустимых значений изза наличия на поверхности вертолета переменного избыточного давления от нвеущего винта, которое изменяется в зависимости от режимов полета.

Другим недостатком конструкции является низкая эффективность эксплуатационного обслуживания, связанная с наличием дополнительных выносных приемников давления и температуры, дополнительных пневмоканалов и электропроводки от приемников до датчи" ков, обеспечение противообледенительных средств приемников и зон их установки, что существенно повышает эксплуатационные расходы и снижает экс" плуатационную надежность устройства.

Необходимая чувствительность достигается выбором соответствующей величины окружной скорости приемника давления.

Недостатком конструкции измерите50 лей скорости данной схемы является влияние изменения плотности среды на точность измерения. Так, при применении .их для измерения скорости полета, например на вертолетах, ошибки из-за изменения плотности в зависимости от высоты полета могут достигать 50 — 60X.

Цель изобретения — повышение точности измерения преимущественно на малых скоростях и повьпаение эксплу" атационной надежности.

Цель достигается тем,что в устройство для измерения скорости газового потока, содержащее привод вращения, две штанги, жестко связанные концами с валом привода и разнесенные в противоположные стороны по оси, перпен« дикулярной оси вала, расположенные на штангах симметрично относительно вала два приемника давления, каждый

113874 из которых соединен пневмоканаламй соответствующим датчиком давления, токосъемник, преобразователь .и син-. хронизатор, введена следящая система, имеющая сумматор, запоминающий блок и исполнительный блок, при этом выходы датчиков давления подключены к ,сумматору, выходы. сумматора и синхройизатора подключены к входу запоми нающего блока, выход которого подклю- 10 чен к входу исполнительного блока, а выход исполнительного блока связан с преобразователем и датчиками давления °

На фиг. I представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — текущее положение датчиков давления на штангах, соответствующее текущему значению скорости v потока.

Йа чертежах приняты обозначения: щ

v - скорость потока газа; OX Y„ Z, связные оси координат летательного аппарата; Ы- угловая скорость вращения штанг; R — - радиус установки приемников давления; rö — начальный 25 радиус установки датчиков давлений на штангах1 r ° г2 — текущее положение датчиков давлений на штангах, соответствующее текущему значению скорости v; Ь вЂ” перемещение датчи- 3О ков давлений Ilo радиусу относительно начального прложения их установки, соответствующее текущему значению скорости v ; r - -радиус вращения элементарной массы столба воздуха в пневмосистеме.

Устройство имеет привод 1 постоянной скорости вращения, на валу которого перпендикулярно его оси смонтированы под 180 штанги 2 и 3 с пневмо.40 каналами 4 и 5. На концах этих штанг на одинаковом расстоянии от оси вала привода 1 расположены приемники 6 и 7 давления. На штангах 2 н 3 между их концами и осью вращения вала привода 45

1 установлены датчики 8 и 9 давления соединенные с приемниками 6 и 7 давле.ния пневмоканалами 4 н 5. Устройство содержит также следящую систему, включакицую в себя c àòîð 10; запоминаю- 50 щее устройство ll, функциональный преобразователь 12, исполнительный блок 13, синхронизатор 14 азимуталь- ного положения штанг 2 и 3 относитель1 но связных: осей летательнаго аппа- 55

I рата и токосъемник 15 для передачи сигнала с синхронизатора 14 на запоминающее устройство ll и выходного сиг4 4 нала с функционального преобразователя 12 к потребителю. В устройстве предусмотрена возможность радиального перемещения датчиков 8 и 9 относительно их начальной установки на штангах 2 и 3 с помощью исполнительного блока 13 (на фиг.1 показано пунктирной линией). ,В основу работы следящей системы устройства положена компенсация разности давлений, измеряемых датчиками

8 и 9, до нулевои величины в заданном положении штанг 2 и 3 относительно осей Х„2„ за счет вариации составляющих давлений от центробежных сил, действующих на воздух, заключенный в пневмосистемах 4 и 5. Эта вариация осуществляется радиальным перемещением датчиков 8 и 9 давлений вдоль штанг 2 и 3 °

Из выражения (1) с учетом принятых обозначений и тогс, что величина давления от центробежной силы столба воздуха в пневмаканале

Р „= дна (R -r ), (2) после элементарных преобразований получим н1 (3) где r = — — относительный начальн R ный радиус установки датчиков давлений 8 и 9 на штангах 2 и 3.

Выражение (3) показывает, что при фиксированных значениях ыи rI перемещение L датчиков давления по радиусу относительно начального положения их установки пропорционально искомой скорости патока v.

При потоке обратного направления тому направлению, что приведено на фиг. 2, перемещение датчиков давления осуществляется ат начального положения их установки в другую сторону.

При,ч = 0 перемещение L также равно нулю.

Устройство работает следующим образом.

С помощью привода 1, ориентированного отйосительно связных осей летательного аппарата так, как это показано на фиг. 1 и 2, штанги 2 и 3 с приемниками 6 и 7 и датчиками 8 и 9 приводятся во вращение с постоянной угловой скоростью ы.

В зависимости ат азимутального положения штанг 2 и 3 относительно связных осей Х Z летательного аппа1 1 рата давление, измеряемое датчиком 8 давлеиия, равно!

138744

v + ч совий

Р =Р„,Ы

2 (4) а давление, измеряемое датчиком 9 давления, равно

p< (V +V cos v t + Tl 3

Р Р: +

Реп, н (5) где:

Электрические сигналы с датчиков

8 и 9 давлений фиксируются сумматором 10 следящей системы, где формируется их разностный сигнал, поступающий на запомийающее "устройство 1 1.

На вход запоминающего устройства с синхронизатора 14 поступает разовый командный сигнал всякий раз, когда азимутальное положение штанг 2 и 3 относительно осей Х„Е . соответствует положению, показанному на фиг. 2, 20 т.е. когда alt 2лп, где n - действительные целые числа..

Датчики S и 9 в указанном положении вьдают на сумматор сигналы, про. порциональные соответствующим давле- ниям, В запоминающем устройстве фиксируется сигнал, пропорциональный

;разности hP, который поступает на вход исполнительного блока 13 ° Последний перемещает датчики давления ЗО радиально по штангам до тех пор, пока íà его входе сигнал, пропорциональный hP, не будет равен нулю.

При этом обновление информации в запомйнающем устройстве осуществляется у синхронизатором с частотой ы . Величина перемещения L датчиков давления от начального положения их установки, как это следует из выражения (3), пропорциональна искомой скорости 7по- щ

° тока. При увеличении или уменьшейии скорости потока исполнительный блок следящей системы отрабатывает сигнал рассогласования до нулевого значения путем установки датчиков давления в новое положение. С функционального преобразователя, связанного с исполнительным блоком следящей системы, через токосъемник 15 непрерывно вьдается сигнал потребителю, пропорциональный скорости потока.

При уменьшении скорости потока до нуля величина стремится к нулю и датчики давления устанавливаются в положение начального радиуса их установки, Если синхронизатор настроить таким образом, чтобы он выдавал сигнал при

<>t = вЂ, т.е. когда штанга 2 с прием=п ником 6 находится на оси Х„, то устройство будет вьдавать с функционального преобразователя сигнал, пропорциональный поперечной составляющей скорости v . Установкой двух таких

Z1 устройств на летательном аппарате или их совмещением в одном устройстве обеспечивается измерение составляющих, модуля и направления вектора скорости относительно связных осей летательного аппарата.

Как видно из выражения (3), предлагаемое устройство инвариантно к изменениям плотности потока. Это выгодно отличает его от известных измерителей по точности измерения скорости потока. Отсутствие необходимости установки и обслуживания на борту летательного аппарата дополнительных средств, присущих известным устройствам, а именно бортовых приемников температуры и давления, пневмосистем, отстойников, фильтров, датчиков и др. приводят к существенному снижению эксплуатационных расходов и повьппению эксплуатационной надежности предлага". емой конструкции устройства.

1138744

Составитель Г.. Белоусов

Редактор C. Патрушева Техред М.Надь Корректор О.Тигор

Заказ 10681/35 Тираж 897- Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4