измерения аэродинамические

Рис. 1.

измере́ния аэродинами́ческие — процесс нахождения опытным путём значений физических величин в аэродинамическом эксперименте с помощью соответствующих технических средств. Различают 2 типа И. а.: статические и динамические. При статических И. а. определяются постоянные или усреднённые по времени значения физических величин, при динамических — значения величин, изменяющихся во времени (пульсации давления, скорости, температуры и др.). В зависимости от измеряемой физической величины И. а. подразделяются на следующие основные виды: измерения составляющих аэродинамических сил и моментов; измерения температуры поверхности и тепловых потоков к ней; измерении модуля и направления вектора скорости потока и его температуры; измерения линейных и угловых перемещений модели и её элементов.

Измерения составляющих аэродинамических сил и моментов проводятся прямым и косвенным методами. Прямой метод основан на применении многокомпонентных весов аэродинамических, на которых устанавливается модель летательного аппарата или его отдельных элементов (отсек крыла, воздушный винт, оперение, органы управления и др.). На рис. 1 показан внешний вид модели самолёта 1, установленной на так называемых внутримодельных аэродинамических весах 2 с державкой 3, и отмечены положительные, направления составляющих X, Y, Z аэродинамические силы и M_x, M_y, M_z момента в связанной системе координат летательного аппарата. Косвенный метод основан на измерении распределения давления на поверхности модели и последующем расчёте составляющих аэродинамической силы и момента. Для этого на поверхности модели в некоторых ее точках сверлятся так называемые дренажные отверстия, соединяемые с многоточечным манометром (рис. 2). На этом рисунке 1 — коммутатор пневмотрасс; 2 — преобразователь давления; P₁,…, P_N — приёмники давления; стрелка показывает направление обхода приемников.

Измерения тепловых потоков от газа к модели осуществляются методом дискретных преобразователей и так называем панорамными методами. В первом случае в отдельных точках модели устанавливаются преобразователи теплового потока (температуры) в электрический сигнал, во втором — на модель наносится тонкий слой термоиндикатора либо измеряется тепловое излучение модели (см. Тепловые измерения).

Измерение модуля и направления вектора скорости потока проводится пневмометрическими и оптическими методами. Пневмометрический метод основан на измерении полного и статического давлений в потоке с помощью приемников давления. Для этого часто используются комбинированные приёмники полного и статических давлений. По измеренным полному и статическому давлениям и известной градуировочной характеристике приёмника определяют приведённую скорость потока или Маха число. Приёмник для определения направления скорости трёхмерного потока имеет в носовой части дополнительные симметричные отверстия, расположенные на двух взаимно перпендикулярных диаметрах передней поверхности приёмника. Каждая пара отверстий, находящихся на одном диаметре, соединена с дифференциальным манометром. Зависимость показаний манометра от направления скорости (градуировочная характеристика приёмника) устанавливается экспериментально.

Среди оптических методов измерения скорости потока наибольшее распространение получили лазерный доплеровский и времяпролётный методы. Оба метода основаны на измерении скорости движущихся вместе с потоком мельчайших (диаметр 1—5 мкм) частиц пыли, жидкости и др. В первом случае измеряется доплеровский сдвиг частоты лазерного излучения, рассеянного частицами, во втором — время пролёта частицей фиксированного расстояния (см. Визуализация течений).

Измерения температуры торможения потока осуществляются контактными и оптическими методами. При использовании контактного метода применяются приёмники, снабженные так называемой камерой торможения потока и преобразователем температуры в электрический сигнал. При измерении высоких температур торможение потока осуществляется вспомогательным телом, выполненным из теплостойкого материала (графита и др.), а температура определяется по характеристикам его оптического излучения.

Измерения линейных и угловых перемещений осуществляют методами, основанными на определении положения моделей, органов управления, подвесных грузов и др. в пространстве, и методами, связанными с регистрацией изменений формы тел в потоке реформации лопастей воздушных винтов, крыла модели самолёта и др.). В первом случае применяются преобразователи линейного и углового перемещений в электрический сигнал, во втором — лазерно-измерительные системы.

В системе И. а. основным носителем измерителем информации являются электрические сигналы, поэтому широко используются измерительные преобразователи неэлектрических величин в электрические — тензорезисторные, индуктивные, потенциометрические, терморезисторные, термопарные и др.

Технические средства, применяемые при И. а. имеют нормированные метрологические характеристики и разделяются на измерительные приборы (показывающие, регистрирующие) и измерительно-информационные системы (ИИС), получившие значительное развитие с 60-х гг. ИИС — совокупность технических средств измерительной и вычислительной техники, объединённых каналами управления н предназначенных для автоматического сбора информации (например, от аэродинамической трубы), её преобразования, измерения, обработки, хранения и представления в форме, доступной для восприятия и ввода в ЭВМ более высокого уровня. На рис. 3 приведена упрощённая структурная схема ИИС. Система состоит из первичных измерительных устройств 1 (аэродинамических весов, манометров и др.) с измерительными преобразователями (в зависимости от вида аэродинамического эксперимента применяется определенный набор первичных измерительных устройств и измерительных преобразователей); ключей 2 и программируемого источника образцовых сигналов 9, осуществляющих калибровку ИИС; коммутатора 4, подключающего выходы усилителей 3 к программируемому усилителю 5 с целью нормализации уровня сигналов на входе аналого-цифрового преобразователя 6; мини-ЭВМ 7 с периферийными устройствами 8 и каналами управления 10, осуществляющей накопление, предварительную обработку, представление измерительной информации, управление измерительными устройствами (ключами, программируемым источником, коммутатором пневмотрасс, элементами аэродинамической трубы и др.).

Литература:
Горлин С. М., Слезингер И. И., Аэромеханические измерения. Методы и приборы, М., 1964;
Петунин А. Н., Измерение параметров газового потока, М., 1974;
Орнатский П. П., Теоретические основы информационно-измерительной техники, Киев, 1976.

В. В. Богданов.

Рис. 2.

Рис. 3.