一種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙的製作方法

2023-06-05 14:10:11

專利名稱：一種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙的製作方法
技術領域：
本發明涉及翼型氣動性能風洞試驗技術，具體是ー種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙。
背景技術：
與本發明相關的技術是翼型風洞試驗動量法阻力測量技術(見王鐵城編《空氣動力學試驗技木》，國防エ業出版社，1986，6-5節動量法實驗)。測量機構為總、靜壓測量尾耙，一般由數十或數百個總壓探頭、數個靜壓探頭、支撐結構以及測壓管組成，安裝在翼型風洞試驗模型後，能測量出翼型模型後一定距離(一般為O. 5 I. 2倍翼型模型弦長)、沿垂直於來流方向和翼型模型展向的直線的氣流總壓和靜壓分布，並以此計算翼型模型的阻力和翼型的阻力係數。但是，該方法僅適合於翼型模型所受升カ較小、尾跡氣流向下翼面方向偏斜較小和流動無大分離的情況。本發明用三孔探針代替原測量機構的總壓探頭和靜壓探頭， 能測量出翼型模型後一定距離、沿垂直於來流方向和翼型模型展向的直線上各點的氣流總壓和靜壓探頭兩側的靜壓分布，按校準結果求出各點處的總壓分布、靜壓分布、ニ維速度分布和氣流偏角，從而能更準確的計算翼型的阻力。該測量結果在翼型試驗時也可用於更精確地用動量法求取翼型的升力和俯仰カ矩。專利檢索顯示國內尚無這種能夠測量出尾跡處總壓分布、靜壓分布、ニ維速度分布和氣流偏角的三孔探針式尾跡測量裝置的技術發明。外國專利US20070256506 (METHED AND DEVICE FOR MEASURING)公開了幾種不同的用於測量來流壓カ和壓差的測壓管結構，主要是使用ー個半球面碗和測壓管連接，使半球面的凹面面向來流，進而得到不受偏角影響的來流總壓。該機構可以較準確地得到來流壓力，但是不能捕捉到來流角度，不適合描述整個流場的信息。

發明內容
為克服現有技術中存在的因高升力條件的尾跡氣流速度偏斜造成的總、靜壓和翼型模型阻力的結果偏差，不能捕捉到來流角度，不適合描述整個流場的信息的不足，本發明提出了一種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙。本發明包括多個三孔探針、連接杆、支撐臺、端板、支架和測壓管；支撐臺安裝在支架的上端；多個連接杆分布在支撐臺的前緣頂端；在所述各連接杆上均固定有三孔探針；所述相鄰的兩個三孔探針之間的距離為IOmm 15mm，並使試驗模型尾跡區域處於最兩端的三孔探針之間；所述三孔探針的一端為圓錐形，錐頂角為30° 70° ;所述三孔探針I的圓錐端的頂端有總壓孔，並且該總壓孔的中心線與三孔探針的中心線重合；在該三孔探針的圓錐面上對稱分布有兩個靜壓孔；所述總壓孔的中心線與兩個靜壓孔的中心線處於同一水平面上；在所述支撐臺前緣頂端均布有多個連接杆安裝孔；所述連接杆安裝孔的數量與連接杆的數量相同；兩個端板分別固定在支撐臺的兩端。支撐臺橫截面為上下対稱的流線形。
支架包括支杆和底板；支杆垂直的固定在底板上；底板上有用於將支架與風洞的下洞壁固的連接孔；支杆上有測壓管過孔和連接銷安裝孔，並且所述測壓管過孔與端板上的測壓管過孔位置對應，所述連接銷安裝孔與端板上的連接銷安裝孔位置對應。在端板上有測壓管的過孔，各三孔探針內的測壓管均穿過所述測壓管的過孔，與壓カ測量儀連通；在端板上有連接銷的安裝孔，通過連接銷將該端板與支架固接。使用本發明時，將三孔探針裝至連接杆前端，三孔探針短鍵插入到連接杆的短槽內並形成過盈配合，連接杆插入支撐臺前緣的臺階孔，支撐臺兩端裝上端板並固定，端板通過連接銷和焊接固定幹支架上。安裝保證所有三孔探針垂直於支撐臺並位於同一平面內，並使三孔探針的總壓孔、兩個靜壓孔也處在該平面內。測壓管從探針內插入測壓孔處並密封、牢固連接，經連接杆與支撐臺內部，由端板上的大孔引出，然後與壓カ測量採集裝置相連。翼型風洞試驗時，模型垂直懸掛於風洞上、下兩壁之間，支撐臺垂直位於翼型模型展向 中剖面並垂直氣流，所有三孔探針的中心線也位於過風洞中心線的水平面內並平行於風洞中心線，三孔探針的總壓孔指向翼型模型。三孔探針的總壓孔和兩個靜壓孔均位於過風洞中心線的水平面內。本發明不同於一般總、靜壓測量尾耙單針單管的測量模式。本發明中，每ー個探針上都有ー個總壓孔和兩個靜壓孔。對於翼型風洞試驗，由於氣流的偏角僅處於翼型模型展向中剖面的ニ維平面內，因此氣流速度偏角直接由兩側的靜壓孔所測得靜壓的壓差得到。試驗前應對測量裝置的角度特性進行空風洞校準，得到各三孔探針氣流實際總壓和氣流偏角與測量總壓、兩靜壓的差值的關係曲線。在進行翼型模型試驗時，利用各三孔探針測量得到的總壓、兩靜壓求得各三孔探針處的實際總壓、靜壓和氣流偏角。進而結合流體密度的測量得到各三孔探針處沿風洞軸線方向和風洞高度中心的水平面內的兩個速度分量U和V。通過得到的上述靜壓分布和兩個速度分量u與V在各三孔探針處的分布，利用動量原理得到翼型的阻力。本發明用三孔探針代替傳統動量法阻力測量技術測量機構的總壓管和靜壓管，經過校準，在試驗中能夠通過各三孔探針上總壓孔和兩個靜壓孔的壓カ測量值求得該三孔探針處的氣流偏角、動壓(即速度)、靜壓和總壓，進而可精確計算氣流的兩個速度分量，運用這些物理量的精確結果量按照動量法能夠精確計算翼型模型所受的阻力，再結合上、下壁壓及開孔壁和開槽壁內壁附近的速度分布能夠精確計算升力和俯仰カ矩。本發明能夠同時捕捉尾流各點的ニ維速度和速度偏角，適合於升カ較大、尾跡氣流向下翼面偏斜較大的情況。


圖I為發明總體結構示意圖，圖Ia為主視圖，圖Ib為側視圖；圖Ic為俯視圖；圖Id為圖Ic的A-A首I]視圖；圖2為ニ孔探針不意圖，圖2a為王視圖，圖2b為側視圖；圖3為三孔探針與連接杆組裝的示意圖，圖3a為主視圖，圖3b為側視圖；圖4為支架與端板組裝的示意圖，圖4a為主視圖，圖4b為圖4a的B向示意圖，圖4c為俯視圖。圖中I.三孔探針 2.連接杆 3.支撐臺 4.端板 5.支架
6.測壓管 7.連接銷
具體實施例方式本實施例是ー種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙，用於測量翼型模型風洞試驗時測量翼型模型尾跡總壓、靜壓、ニ維速度和翼型阻力。本實施例包括多個三孔探針I、連接杆2、支撐臺3、端板4、支架5、連接銷7和測壓管6。支撐臺3安裝在支架5的上端。多個連接杆2分布在支撐臺3的前緣頂端。在所述各連接杆2上均固定有三孔探針I。所述相鄰的兩個三孔探針I之間的距離為IOmm 15_，並使試驗模型尾跡區域處於最兩端的三孔探針I之間。本實施例中，試驗模型尾跡區域範圍的寬度為300mm，相鄰的兩個三孔探針I之間的距離為15mm，共需20個三孔探針。三孔探針I為中空迴轉體，其外徑與連接杆2的內徑相同，並且兩者之間過度配 合。所述三孔探針I的一端為圓錐形，錐頂角為30° 70°，本實施例中，錐頂角為60°。所述三孔探針I的另一端的外圓表面対稱的分布有一對徑向凸出的定位鍵；所述三孔探針I外圓表面的定位鍵的外徑與連接杆2內表面的鍵槽相嵌合，並且兩者之間過度配合。所述三孔探針I的圓錐端有三個貫通該三孔探針殼體的測壓孔。所述的測壓孔中ー個是總壓孔8，該總壓孔8位於該三孔探針I圓錐端的頂端，並且該總壓孔的中心線與三孔探針I的中心線重合；其餘兩個是靜壓孔9，該兩個靜壓孔9分布在該三孔探針I圓錐端的圓錐面上，關於三孔探針I的中心線對稱，位於圓錐頂端和大端的中部，該兩個靜壓孔9的中心線均垂直於三孔探針I的圓錐面。一個總壓管的一端裝入所述總壓孔內並密封；兩個靜壓管的一端分別裝入所述靜壓孔9內並密封；所述總壓孔8的中心線與兩個靜壓孔9的中心線處於同一水平面上。三個測壓管的另一端與壓カ測量儀連接。連接杆2亦為中空迴轉體，其內徑與三孔探針I的外徑相同。在所述連接杆2 —端的內表面有一對鍵槽，該鍵槽與三孔探針I外圓表面的定位鍵相配合。支撐臺3為殼體，其平面形狀為矩形，橫截面為上下対稱的流線形。在所述支撐臺3前緣頂端均布有多個臺階狀的連接杆安裝孔；所述連接杆安裝孔的數量與連接杆的數量相同。本實施例中，所述連接杆2為20個。所述連接杆2安裝孔外端的直徑與連接杆2的外徑相同，所述連接杆2安裝孔內側孔徑的橫截面積須能夠同時通過三根測壓管6。端板4有兩個，是外形與支撐臺3橫截面形狀相同的薄板，分別固定在支撐臺3的兩端，用於將支撐臺3的內腔封閉。在端板4上有測壓管6的過孔，各三孔探針I內的測壓管6均穿過所述測壓管6的過孔，與壓カ測量儀連通。在端板4上有連接銷的安裝孔，通過連接銷將該端板4與支架固接。支架5包括支杆和底板。支杆垂直的固定在底板上。底板上有螺紋通孔，用於將支架5與風洞的下洞壁固連。支杆上有測壓管過孔和連接銷安裝孔，並且所述測壓管過孔與端板上的測壓管過孔位置對應，所述連接銷安裝孔與端板上的連接銷安裝孔位置對應。使用本實施例吋，翼型模型垂直安裝在風洞的上壁和下壁之間。支撐臺3上表面與下表面的對稱面與位於風洞高度中心的水平面重合，使各三孔探針I的中心線與所述風洞高度中心的水平面重合，並使各三孔探針I的中心線平行於風洞的中心線；圓錐端的總壓孔與氣流方向相対。將三孔探針I裝至連接杆2前端，三孔探針I短鍵插入到連接杆2的短槽內並形成過盈配合，連接杆2插入支撐臺3前緣的臺階孔，支撐臺3兩端裝上端板4並焊接固定，端板4通過連接銷7和焊接固定幹支架5上。安裝保證所有三孔探針I垂直於支撐臺3前緣並位於同一平面內、三孔探針I的總壓孔8、兩個靜壓孔9也處在該平面內。測壓管6從探針內插入總壓孔8和靜壓孔9處並牢固連接並密封，經連接杆2與支撐臺3內部，由端板4上的過孔引出，然後與壓カ測量儀相連。本實施例的每ー個探針上都有ー個總壓孔和兩個靜壓孔。翼型風洞試驗中，氣流的偏角僅處於翼型模型展向中剖面的ニ維平面內，因此氣流速度偏角直接由對稱分別在三孔探針I圓錐面上的兩個靜壓孔所測得靜壓 的壓差得到。試驗前通過對測量裝置的角度特性進行空風洞校準，得到各三孔探針I氣流實際總壓、靜壓和氣流偏角與測量總壓、兩個靜壓的差值的關係曲線。在進行翼型模型試驗時，通過各三孔探針測量的總壓、兩靜壓求得各點的實際總壓、靜壓和氣流偏角。進而可求處該點處的X軸向和y軸向--即本例中的風洞軸線和本例中的順支撐臺長度方向一兩個速度分量u和V。獲得這些參數在各三孔探針I處的分布後，可以利用動量原理計算翼型的阻力。
權利要求
1.一種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙，其特徵在於，包括多個三孔探針、連接杆、支撐臺、端板、支架和測壓管；支撐臺安裝在支架的上端；多個連接杆分布在支撐臺的前緣頂端；在所述各連接杆上均固定有三孔探針；所述相鄰的兩個三孔探針之間的距離為IOmm 15mm,並使試驗模型尾跡區域處於最兩端的三孔探針之間；所述三孔探針的一端為圓錐形，錐頂角為30° 70° ;所述三孔探針I的圓錐端的頂端有總壓孔，並且該總壓孔的中心線與三孔探針的中心線重合；在該三孔探針的圓錐面上對稱分布有兩個靜壓孔；所述總壓孔的中心線與兩個靜壓孔的中心線處於同一水平面上；在所述支撐臺前緣頂端均布有多個連接杆安裝孔；所述連接杆安裝孔的數量與連接杆的數量相同；兩個端板分別固定在支撐臺的兩端。
2.如權利要求I所述ー種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙，其特徵在於，支撐臺橫截面為上下対稱的流線形。
3.如權利要求I所述ー種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙，其特徵在於，支架包括支杆和底板；支杆垂直的固定在底板上；底板上有用於將支架與風洞的下洞壁固的連接孔；支杆上有測壓管過孔和連接銷安裝孔，並且所述測壓管過孔與端板上的測壓管過孔位置對應，所述連接銷安裝孔與端板上的連接銷安裝孔位置對應。
4.如權利要求I所述ー種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙，其特徵在於，在端板上有測壓管的過孔，各三孔探針內的測壓管均穿過所述測壓管的過孔，與壓カ測量儀連通；在端板上有連接銷的安裝孔，通過連接銷將該端板與支架固接。
全文摘要
一種風洞試驗用三孔探針式測壓尾耙，多個連接杆分布在支撐臺的前緣頂端，在所述各連接杆上均固定有三孔探針。三孔探針上的圓錐頂端有總壓孔，在該三孔探針的圓錐面上對稱分布有兩個靜壓孔。所述總壓孔的中心線與兩個靜壓孔的中心線處於同一水平面上。本發明中，通過各探針上的一個總壓孔和兩個靜壓孔得到各三孔探針處的實際總壓、靜壓和氣流偏角。進而結合流體密度的測量得到各三孔探針處沿風洞軸線方向和風洞高度中心的水平面內的兩個速度分量u和v。通過得到的上述靜壓分布和兩個速度分量u與v在各三孔探針處的分布，利用動量原理得到翼型的阻力，能夠同時捕捉尾流各點的二維速度和速度偏角，適合於升力較大、尾跡氣流向下翼面偏斜較大的情況。
文檔編號G01M9/00GK102692310SQ20121014637
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者焦予秦, 王鼎聖, 白靜, 竹朝霞, 解亞軍, 陳希平 申請人:西北工業大學