RU2187821C1 - Device for measuring velocity head on helicopter main rotor blade - Google Patents
Device for measuring velocity head on helicopter main rotor blade Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187821C1 RU2187821C1 RU2001102677A RU2001102677A RU2187821C1 RU 2187821 C1 RU2187821 C1 RU 2187821C1 RU 2001102677 A RU2001102677 A RU 2001102677A RU 2001102677 A RU2001102677 A RU 2001102677A RU 2187821 C1 RU2187821 C1 RU 2187821C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- pair
- profile
- velocity head
- distance
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах летательных аппаратов при дозвуковых скоростях полета, в частности в информационно-измерительных системах вертолетов. The invention relates to measuring equipment and can be used in information-measuring systems of aircraft at subsonic flight speeds, in particular in information-measuring systems of helicopters.
Известен традиционный способ измерения скоростного напора (Браславский Д. А. Приборы и датчики летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1970, с. 392) - [1], при котором величина скоростного напора определяется как разность полного и статического давлений, замеряемых в набегающем на летательный аппарат воздушном потоке с помощью приемника воздушного давления (ПВД). There is a traditional method of measuring the pressure head (D. Braslavsky. Instruments and sensors of aircraft. M., Mashinostroenie, 1970, p. 392) - [1], in which the value of the pressure head is defined as the difference between the total and static pressures measured in the incident on an aircraft air flow using an air pressure receiver (LDPE).
Основным недостатком данного способа измерения является то, что наличие угла атаки (угла между осью ПВД и вектором набегающего потока) существено сказывается на точности измерения величины скоростного напора (Боднер В.А. Авиационные приборы. М., Машиностроение, 1969, с. 467) - [2]. Поэтому реализация данного способа для измерения скоростного напора в некотором сечении лопасти несущего винта (НВ) вертолета нежелательна, поскольку установленный в этом случае на лопасти ПВД работал бы при переменных и значительных углах атаки, создаваемых за счет циклического шага лопасти, ее маховых движений, а также за счет наличия переменного за оборот НВ сильного скоса потока, что в итоге привело бы к значительным погрешностям при определении истинного скоростного напора в заданном сечении лопасти. The main disadvantage of this method of measurement is that the presence of the angle of attack (the angle between the axis of the LDPE and the vector of the incoming flow) significantly affects the accuracy of measuring the magnitude of the pressure head (Bodner V.A. Aviation devices. M., Mechanical Engineering, 1969, p. 467) - [2]. Therefore, the implementation of this method for measuring the velocity head in a certain section of the rotor blade of a helicopter is undesirable, since the LDPE mounted in this case would work at variable and significant angles of attack created by the cyclic pitch of the blade, its swing movements, and due to the presence of a strong bevel of the flow variable per revolution of HB, which would ultimately lead to significant errors in determining the true velocity head in a given section of the blade.
Из уровня техники известно устройство для измерения скоростного напора воздушного потока, набегающего на аэродинамический профиль в виде крыла, содержащее датчик разности давлений, соединенный с отверстиями на нижней и верхней сторонах крыла в одном и том же его сечении, усилители и сумматор (US, патент 5257536, 02.11.1993, 6 с.) - [3]. Указанное устройство является наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и принято в качестве прототипа. The prior art device for measuring the pressure head of an air stream running onto an aerodynamic profile in the form of a wing, comprising a pressure difference sensor connected to holes on the lower and upper sides of the wing in the same section, amplifiers and adder (US Patent 5257536 , November 2, 1993, 6 pp.) - [3]. The specified device is the closest to the claimed invention in terms of essential features and is adopted as a prototype.
Недостатком выбранного прототипа является недостаточная точность измерения скоростного напора при работе устройства в поле переменных скосов потока, так как измеряемый им скоростной напор зависит от величины угла атаки аэродинамического профиля. The disadvantage of the selected prototype is the lack of accuracy in measuring the velocity head during operation of the device in the field of variable flow bevels, since the velocity head measured by it depends on the angle of attack of the aerodynamic profile.
Изобретение решает задачу повышения точности измерения скоростного напора. The invention solves the problem of increasing the accuracy of measuring pressure head.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для измерения скоростного напора на лопасти несущего винта вертолета, содержащее датчик перепада давления, соединенный с расположенными на нижней и верхней сторонах лопасти парой дренажных отверстий в том ее сечении, в котором измеряется скоростной напор, усилители и сумматор, содержит второй датчик перепада давления, соединенный со второй парой расположенных на нижней и верхней сторонах лопасти дренажных отверстий в том же ее сечении, при этом первая пара дренажных отверстий расположена на расстоянии 3-6%, а вторая пара дренажных отверстий расположена на расстоянии 8-12% хорды профиля сечения лопасти от ее передней кромки в зависимости от вида профиля, выходы датчиков перепада давления через соответствующие усилители подсоединены к входам сумматора, формирующего выходной сигнал, пропорциональный величине скоростного напора и не зависящий от угла атаки лопасти. This object is achieved in that the device for measuring the pressure head on the rotor rotor blades of the helicopter, containing a differential pressure sensor connected to a pair of drainage holes located on the lower and upper sides of the blade in that section in which the pressure head is measured, amplifiers and an adder, contains a second differential pressure sensor connected to a second pair of drainage holes located on the lower and upper sides of the blade in its same section, while the first pair of drainage holes is located the wife is at a distance of 3-6%, and the second pair of drainage holes is located at a distance of 8-12% of the chord of the sectional profile of the blade from its leading edge, depending on the type of profile, the outputs of the differential pressure sensors through the respective amplifiers are connected to the inputs of the adder forming the output signal, proportional to the value of the velocity head and independent of the angle of attack of the blade.
Приведем обоснование алгоритма, реализуемого предлагаемым устройством и позволяющего повысить точность функционирования измерительной системы. Here is the rationale for the algorithm implemented by the proposed device and to improve the accuracy of the measurement system.
Для скоростей обтекания аэродинамического профиля, при которых можно не учитывать эффект сжимаемости между коэффициентом нормальной силы профиля СN и коэффициентом перепада давления определяемого как разность полных давлений P1 и P2 в двух любых точках профиля, имеет место некоторая функциональная зависимость
где q - величина скоростного напора набегающего на профиль воздушного потока. Конкретный вид зависимости (1) определяется формой профиля и выбранными положениями на нем точек съема перепада давления. Исследования, выполненные на основе расчетных и экспериментальных данных распределения давления по профилю (Ушаков Б.Л. и др. Материалы по распределению давления на профиле и использование их при выборе профиля крыла скоростного самолета. Труды ЦАГИ, вып. 487, 1940, 180 с.) - [4], показали, что для авиационных профилей в случае определения перепада давления как разность давлений на нижней и верхней сторонах профиля в точках, отстоящих от передней кромки на одинаковом расстоянии в широком диапазоне положения этих точек по хорде профиля, зависимость (1) линейна.For flow velocities of the aerodynamic profile at which the compressibility effect between the coefficient of normal profile force C N and the coefficient differential pressure defined as the difference between the total pressures P 1 and P 2 at any two points of the profile, there is a certain functional dependence
where q is the magnitude of the pressure head running on the air flow profile. The specific type of dependence (1) is determined by the shape of the profile and the selected positions on it of the points of removal of the differential pressure. Studies performed on the basis of calculated and experimental data on the pressure distribution over the profile (B. Ushakov and others. Materials on the pressure distribution on the profile and their use in choosing the wing profile of a high-speed aircraft. TsAGI proceedings, issue 487, 1940, 180 pp. ) - [4], showed that for aviation profiles in the case of determining the pressure drop as the pressure difference on the lower and upper sides of the profile at points that are at the same distance from the leading edge at a wide distance in the position of these points along the profile chord, the dependence (1) linear.
Следовательно, для двух пар определенным образом выбранных на профиле точек, можно записать соотношение
где перепады давлений, замеряемых между точками первой и второй пар соответственно (фиг.1), a1, a2, b1, b2, - коэффициенты, определяемые теоретическим или экспериментальным путем. Исключая далее коэффициент нормальной силы СN из уравнений (2) и (3), получим
где
Таким образом, располагая информацией о величине перепадов давлений замеренных между определенным образом выбранными точками профиля, по линейной зависимости (4) можно вычислить величину скоростного напора q. Коэффициенты зависимости (4) могут быть определены теоретическим или экспериментальным путем.Therefore, for two pairs of points selected on the profile in a certain way, we can write the relation
Where the pressure drops measured between the points of the first and second pairs, respectively (Fig. 1), a 1 , a 2 , b 1 , b 2 , are the coefficients determined theoretically or experimentally. Further excluding the coefficient of normal force С N from equations (2) and (3), we obtain
Where
Thus, having information on the magnitude of pressure drops measured between selected profile points in a certain way, the linear pressure (q) can be used to calculate the value of the velocity head q. The coefficients of dependence (4) can be determined theoretically or experimentally.
Следует подчеркнуть, что исключение из системы уравнений (2) и (3) коэффициента нормальной силы СN, означает исключение из алгоритма (4) функционирования измерительной системы влияния угла атаки профиля. Так, если профиль обтекается потоком с величиной скоростного напора q, то при варьировании углов атаки профиля изменяются значения перепадов давлений но величина вычисленного по формуле (4) значения скоростного напора q остается неизменной. Данный факт экспериментально подтвержден при апробации предлагаемого устройства для измерения скоростного напора в заданном сечении лопасти несущего винта вертолета при проведении испытаний на вертолетном стенде.It should be emphasized that the exclusion from the system of equations (2) and (3) of the coefficient of normal force С N means the exclusion from the algorithm (4) of the functioning of the measuring system of the influence of the angle of attack of the profile. So, if a profile is flowed around with a velocity head q, then with varying angles of attack of the profile, the values of pressure drops but the value of the velocity head q calculated by formula (4) remains unchanged. This fact was experimentally confirmed by testing the proposed device for measuring the pressure head in a given section of the rotor blade of a helicopter during testing on a helicopter stand.
При выборе точек съема перепадов давлений следует руководствоваться двумя основными критериями. Во-первых, для выбранных зависимость (1) должна быть линейной, то есть иметь вид (2) или (3). Во-вторых, этот выбор следует сделать таким, чтобы погрешность измерения величины скоростного напора q была минимальной, а для этого следует минимизировать модули коэффициентов K1 и К2 зависимости (4), поскольку абсолютная погрешность измерения q согласно (4) равна
где инструментальные погрешности датчиков перепада давлений
Исследования, выполненные для используемого в вeртолeтостроении профиля NACA-23012, показали, что оба критерия будут выполнены, если перепад давления определять как разность давлений на нижней и верхней сторонах профиля в точках, отстоящих от носика профиля на расстоянии 5% хорды, а перепад давления - в точках, отстоящих от носика профиля на расстоянии 10% хорды (Живетин В. Б. Аэромеханические измерения. Методы и устройства. Монография. Часть 1. КГТУ им. А.Н. Туполева. 1996 г., стр. 70) - [5]. В частности, коэффициенты линейных зависимостей (2) и (3) в этом случае для профиля NACA-23012 получаются равными
a1=3,4517, b1=-0,2378
a2=2,4363, b2=0,1259 (7)
а коэффициенты вычислительного алгоритма (4) равны
K1=2,4028, K2=3,4043 (8)
Для пояснения сущности предлагаемого устройства для измерения скоростного напора на лопасти несущего винта вертолета на фиг.2 представлена его блок-схема, где:
1, 2 - датчики перепада давления, замеряющие разности полных давлений в точках профиля сечения лопасти первой и второй пар соответственно;
3, 4 - усилители с коэффициентами усиления K1 и К2 соответственно;
5 - сумматор, вырабатывающий сигнал, пропорциональный величине измеряемого скоростного напора.When selecting pressure drop points should be guided by two main criteria. First, for the selected dependence (1) must be linear, that is, have the form (2) or (3). Secondly, this choice should be made so that the error in measuring the pressure head q is minimal, and for this, the moduli of the coefficients K 1 and K 2 of dependence (4) should be minimized, since the absolute measurement error q according to (4) is
Where instrumental errors of differential pressure sensors
Studies performed for the NACA-23012 profile used in helicopter engineering showed that both criteria will be met if the pressure drop determine as the pressure difference on the lower and upper sides of the profile at points spaced from the nose of the profile at a distance of 5% of the chord, and the pressure drop - at points spaced from the nose of the profile at a distance of 10% of the chord (Zhivetin B. B. Aeromechanical measurements. Methods and devices. Monograph. Part 1. KSTU named after AN Tupolev. 1996, p. 70) - [ 5]. In particular, the coefficients of linear dependencies (2) and (3) in this case for the NACA-23012 profile are equal
a 1 = 3.4517, b 1 = -0.2378
a 2 = 2.4363, b 2 = 0.1259 (7)
and the coefficients of the computational algorithm (4) are equal
K 1 = 2.4028, K 2 = 3.4043 (8)
To clarify the essence of the proposed device for measuring the speed pressure on the rotor blades of a helicopter, figure 2 presents its block diagram, where:
1, 2 - differential pressure sensors, measuring the difference in total pressure at the profile points of the cross section of the blades of the first and second pairs, respectively;
3, 4 - amplifiers with amplification factors K 1 and K 2, respectively;
5 - adder generating a signal proportional to the value of the measured velocity head.
Датчик перепада давления 1 соединен с первой парой дренажных отверстий, расположенных на расстоянии (3-6)% хорды сечения лопасти от передней ее кромки соответственно на нижней и на верхней сторонах в том сечении лопасти несущего винта вертолета, в котором измеряется скоростной напор предлагаемым устройством, а датчик перепада давления 2 соединен со второй парой дренажных отверстий, расположенных на расстоянии (8-12)% хорды от передней кромки в том же ее сечении также на нижней и верхней сторонах лопасти соответственно. Указанные датчики перепада давлений 1 и 2, замеряющие перепады давлений в заданных точках, подсоединены соответственно к входам усилителей 3 и 4, имеющих коэффициенты усиления К1 и К2, выходы которых подсоединены к первому и второму входам сумматора 5.The differential pressure sensor 1 is connected to the first pair of drainage holes located at a distance of (3-6)% of the chord of the section of the blade from its front edge, respectively, on the lower and upper sides in that section of the rotor blade of the helicopter, in which the speed head of the proposed device is measured, and the
Устройство работает следующим образом. Сигналы с датчиков перепада давления 1 и 2 после соответствующего масштабирования с помощью усилителей 3 и 4 поступают в сумматор 5, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине скоростного напора и не зависящий от угла атаки лопасти. The device operates as follows. The signals from the
В качестве датчиков перепада давления могут быть использованы индукционные датчики типа ДМИ, а усилители и сумматор могут быть выполнены согласно известным схемам (Малиновский В.И. Справочник по цифровой вычислительной технике. 1974 г., 472 с.) - [6]. Induction sensors of the DMI type can be used as differential pressure sensors, and amplifiers and an adder can be made according to well-known schemes (VI Malinovsky, Handbook of Digital Computing. 1974, 472 p.) - [6].
Применение заявляемого устройства в сравнении с прототипом обеспечивает высокую точность измерения величины скоростного напора, в том числе и при работе в поле переменных скосов потоков, так как из алгоритма функционирования заявляемого устройства исключено влияние угла атаки аэродинамического профиля. The use of the claimed device in comparison with the prototype provides high accuracy of measuring the pressure head, including when working in the field of variable bevels, since the influence of the angle of attack of the aerodynamic profile is excluded from the algorithm of the functioning of the claimed device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001102677A RU2187821C1 (en) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | Device for measuring velocity head on helicopter main rotor blade |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001102677A RU2187821C1 (en) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | Device for measuring velocity head on helicopter main rotor blade |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2187821C1 true RU2187821C1 (en) | 2002-08-20 |
Family
ID=20245378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001102677A RU2187821C1 (en) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | Device for measuring velocity head on helicopter main rotor blade |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2187821C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10520524B1 (en) * | 2017-02-03 | 2019-12-31 | Aurora Flight Sciences Corporation | System and method for distributed airflow sensing |
RU195166U1 (en) * | 2019-04-03 | 2020-01-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Rotor Flow Meter |
-
2001
- 2001-01-29 RU RU2001102677A patent/RU2187821C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10520524B1 (en) * | 2017-02-03 | 2019-12-31 | Aurora Flight Sciences Corporation | System and method for distributed airflow sensing |
RU195166U1 (en) * | 2019-04-03 | 2020-01-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Rotor Flow Meter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Boutilier et al. | Separated shear layer transition over an airfoil at a low Reynolds number | |
Brendel et al. | Boundary-layer measurements on an airfoil at low Reynolds numbers | |
EP2434296B1 (en) | Airspeed sensing system for an aircraft | |
Nakayama | Characteristics of the flow around conventional and supercritical airfoils | |
US6679112B2 (en) | Total pressure determination with multifunction probe for aircraft | |
US7389686B2 (en) | Methods and systems for determining air data parameters | |
Crompton et al. | Investigation of the separation bubble formed behind the sharp leading edge of a flat plate at incidence | |
CN106840093A (en) | A kind of detection method of unmanned plane during flying height, device and unmanned plane | |
US5406839A (en) | Incidence probe with multiple pressure inlets | |
CN105301275A (en) | Method and device for estimating the mach number of an aircraft | |
Schwermer et al. | Dynamic stall experiments on a rotor with high cyclic setting in axial inflow | |
JPH10332728A (en) | Wide speed range flying speed vector measuring system using truncated quadrangular pyramid type five-holed probe | |
US5750891A (en) | Method and apparatus for determining the airspeed of rotary wing aircraft | |
RU2187821C1 (en) | Device for measuring velocity head on helicopter main rotor blade | |
RU2382988C1 (en) | Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements | |
JPH08211082A (en) | Method and system for determining anemobaroclinometric parameter of flying aircraft | |
CN112046761B (en) | Airplane icing on-line detection method based on statistical test and filtering | |
RU127473U1 (en) | VORTEX SENSOR OF AERODYNAMIC ANGLE AND TRUE AIR SPEED | |
Gedney et al. | Wall pressure fluctuations during transition on a flat plate | |
RU2214582C1 (en) | Method establishing aerodynamic corrections to readings of pitot-static tubes | |
RU2638086C1 (en) | Method of measurement of supersonic flow pulsations and device for its implementation (options) | |
RU2307357C1 (en) | Method for measurement of helicopter air signals and system for its realization | |
CN212458399U (en) | Unmanned aerial vehicle navigation filter | |
RU58719U1 (en) | HELICOPTER SPEED METER | |
RU55479U1 (en) | HELICOPTER AIR SIGNAL SYSTEM |