[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2786749C1 - A method for determining the unsteady pressure of a gas flow and a device for its implementation - Google Patents

A method for determining the unsteady pressure of a gas flow and a device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2786749C1
RU2786749C1 RU2022121402A RU2022121402A RU2786749C1 RU 2786749 C1 RU2786749 C1 RU 2786749C1 RU 2022121402 A RU2022121402 A RU 2022121402A RU 2022121402 A RU2022121402 A RU 2022121402A RU 2786749 C1 RU2786749 C1 RU 2786749C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
sensor
cavity
hole
gas
Prior art date
Application number
RU2022121402A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Николаевна Анохина
Валерий Иванович Бусел
Антон Роальдович Горбушин
Original Assignee
Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") filed Critical Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2786749C1 publication Critical patent/RU2786749C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement of non-stationary (time-varying) pressure in gas and liquid flows.
SUBSTANCE: invention relates to measurement of non-stationary (time-varying) pressure in gas and liquid flows. The invention is intended to determine the unsteady pressure in a gas or liquid stream in the presence of particles in it. A method for determining the unsteady pressure of a gas flow using a pressure receiver in which there is a cavity and a receiving hole connecting the cavity to the outer space is based on the readings of a pressure sensor installed in the cavity. The damping coefficient and the natural frequency of gas vibrations in the intake opening of the nozzle, without taking into account damping (resonant frequency), are determined by the method for free damped oscillations or by the method of steady harmonic oscillations.
EFFECT: expansion of the operating frequency range of the nozzle, including the resonant frequency of the resonator, due to the possibility of reducing the size of the internal cavity, increasing the accuracy of determining the unsteady pressure in the flow according to the readings of the sensor installed in the internal cavity of the nozzle, and increasing the survivability of the sensor during experimental studies.
2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения нестационарного (меняющегося во времени) давления в потоках газа и жидкости. Изобретение предназначено для определения нестационарного давления в потоке газа или жидкости при наличии в нем частиц.The invention relates to the field of measurement of non-stationary (time-varying) pressure in gas and liquid flows. The invention is intended to determine the non-stationary pressure in a gas or liquid flow in the presence of particles in it.

Изобретение может применяться для измерения нестационарных газодинамических параметров потока в аэродинамических трубах, камерах сгорания, лопаточных компрессорах, насосах, трубопроводах, диффузорах, гидравлических системах, а также при экспериментальных исследованиях с применением высокоскоростных аэродинамических тележек. Во всех этих установках присутствует естественная запыленность потока. К естественной запыленности потока могут добавляться конденсат пара и газов в виде капель и частиц льда, продукты неполного сгорания топлива, частицы металла, краски, окалины, пластмассы, и т.д. При больших скоростях потока эти частицы могут повреждать миниатюрные датчики, которые измеряют пульсации давления. Наибольшая вероятность повреждения имеет место, когда поток направлен перпендикулярно к чувствительному элементу датчика, например в случае измерения полного давления. Изобретение может применяться при проектировании датчиков и приемников для измерения давления газа (например, Kulite Semiconductor products, Inc, Leonia, NJ, USA).The invention can be used to measure non-stationary gas-dynamic flow parameters in wind tunnels, combustion chambers, bladed compressors, pumps, pipelines, diffusers, hydraulic systems, as well as in experimental studies using high-speed aerodynamic carts. In all these installations there is a natural dustiness of the flow. Steam and gas condensate in the form of drops and ice particles, products of incomplete combustion of fuel, metal particles, paint, scale, plastics, etc. can be added to the natural dustiness of the flow. At high flow rates, these particles can damage miniature sensors that measure pressure pulsations. Damage is most likely to occur when flow is perpendicular to the sensor element, such as in the case of total pressure measurement. The invention can be applied in the design of sensors and receivers for measuring gas pressure (for example, Kulite Semiconductor products, Inc, Leonia, NJ, USA).

Известен миниатюрный насадок для измерения нестационарного давления FAP-250 (Kulite Semiconductor products, Inc, Leonia, NJ, USA). Чувствительные элементы датчиков расположены заподлицо с поверхностью насадка, что существенно понижает живучесть датчиков в потоке с примесью частиц. Возникает сложная техническая задача, как защитить датчики от повреждения.A miniature nozzle for measuring non-stationary pressure FAP-250 (Kulite Semiconductor products, Inc, Leonia, NJ, USA) is known. The sensitive elements of the sensors are located flush with the surface of the packing, which significantly reduces the survivability of the sensors in a flow with an admixture of particles. A difficult technical problem arises, how to protect the sensors from damage.

Одним из решений этой проблемы является создание протяженной полости (буферной области) внутри насадка между датчиком и потоком, когда частица, движущаяся в потоке, не достигает датчика давления при попадании в буферную область. Эта буферная область состоит из полости и приемного отверстия и представляет собой известный резонатор Гельмгольца, который характеризуется собственной резонансной частотой. Резонансную частоту колебаний газа в отверстии, согласно Рэлею (J.W.S. Strutt (Lord Rayleigh), The Theory of Sound, second ed., Macmillan, London, 1926), определяют по формуле:

Figure 00000001
, где a - скорость звука, V - объем полости приемника давления, S - площадь приемного отверстия, l=l0+2Δ, l0 - глубина приемного отверстия, Δ - концевая поправка, связанная с вовлечением в движение газа с одной стороны отверстия. Наличие резонанса искажает результаты измерений нестационарного давления датчиком, установленным в полости. Из литературы известны приемники такой конструкции для измерения полного давления:One solution to this problem is to create an extended cavity (buffer region) inside the nozzle between the sensor and the flow, when a particle moving in the flow does not reach the pressure sensor when it enters the buffer region. This buffer region consists of a cavity and a receiving hole and is a well-known Helmholtz resonator, which is characterized by its own resonant frequency. The resonant frequency of the gas in the hole, according to Rayleigh (JWS Strutt (Lord Rayleigh), The Theory of Sound, second ed., Macmillan, London, 1926), is determined by the formula:
Figure 00000001
, where a is the speed of sound, V is the volume of the cavity of the pressure receiver, S is the area of the receiving hole, l=l 0 +2Δ, l 0 is the depth of the receiving hole, Δ is the end correction associated with the involvement of gas from one side of the hole. The presence of resonance distorts the results of measurements of non-stationary pressure by a sensor installed in the cavity. Receivers of this design are known from the literature for measuring the total pressure:

1. J.P. Giovanangeli, A new method for measuring static pressure fluctuations with application to wind-wave interaction. Experiments in Fluids 6 (1988) 156-164. https://doi.org/10.1007/BF00230727.1.J.P. Giovanangeli, A new method for measuring static pressure fluctuations with application to wind-wave interaction. Experiments in Fluids 6 (1988) 156-164. https://doi.org/10.1007/BF00230727.

2. Seifert, L.T. Pack, 1999. Oscillatory excitation of unsteady compressible flows over airfoils at flight Reynolds numbers. AIAA 99-0925. https://doi.org/10.2514/6.1999-925.2. Seifert, L.T. Pack, 1999. Oscillatory excitation of unsteady compressible flows over airfoils at flight Reynolds numbers. AIAA 99-0925. https://doi.org/10.2514/6.1999-925.

3. G. Grossir, S. Paris, K. Bensassi, P. Rambaud, 2013. Experimental characterization of hypersonic nozzle boundary layers and free-stream noise levels. AIAA 2013-1130. https://doi.org/10.2514/6.2013-1130.3. G. Grossir, S. Paris, K. Bensassi, P. Rambaud, 2013. Experimental characterization of hypersonic nozzle boundary layers and free-stream noise levels. AIAA 2013-1130. https://doi.org/10.2514/6.2013-1130.

4. Патент «Prandtl probe for non-stationary speed measurement» (DE 3421515 A1).4. Patent "Prandtl probe for non-stationary speed measurement" (DE 3421515 A1).

В приемниках полного давления, описанных в литературе, датчик для измерения нестационарного давления находится внутри насадка. Между датчиком и приемным отверстием имеется полость. Датчик располагается на геометрической оси приемного отверстия. Наличие полости в насадке приводит к ограничению диапазона частот давления резонансной частотой резонатора.In the total pressure receivers described in the literature, the transient pressure transducer is located inside the nozzle. There is a cavity between the sensor and the receiving opening. The sensor is located on the geometric axis of the receiving hole. The presence of a cavity in the nozzle leads to a limitation of the pressure frequency range by the resonant frequency of the resonator.

Прототипом изобретения на устройство является устройство, описанное в патенте «Prandtl probe for non-stationary speed measurements (DE 3421515 A1). Устройство состоит из продолговатого оживального тела с цилиндрическим отверстием в носовой части и одним или несколькими отверстиями на боковой поверхности, которые соединяются с небольшим дифференциальным датчиком, соединенного с отверстиями в носовой части и боковой поверхности. Недостатком рассмотренного в прототипе устройства является то, что датчик располагают на оси приемного отверстия, расположенного в носовой части устройства. Для расширения рабочего диапазона частот, датчик приближают к приемному отверстию, что повышает вероятность того, что частица, пролетев сквозь отверстие, повредит датчик.The prototype of the invention for the device is the device described in the patent "Prandtl probe for non-stationary speed measurements (DE 3421515 A1). The device consists of an elongated ogival body with a cylindrical hole in the nose and one or more holes on the side surface, which are connected to a small differential sensor connected to the holes in the nose and side surface. The disadvantage considered in the prototype of the device is that the sensor is placed on the axis of the receiving hole located in the nose of the device. To expand the operating frequency range, the sensor is brought closer to the receiving hole, which increases the likelihood that a particle flying through the hole will damage the sensor.

Известен способ коррекции амплитуды колебаний во внешнем потоке по амплитуде колебаний, измеренной датчиком, установленным в приемнике полного давления Пито (A. Seifert, L.T. Pack, 1999. Oscillatory excitation of unsteady compressible flows over airfoils at flight Reynolds numbers. AIAA 99-0925. https://doi.org/10.2514/6.1999-925). Seifert и Pack воздействовали на датчик, установленный в приемнике полного давления Пито, и на установленный рядом микрофон, звуком в виде дискретных тонов. Они определили отношение амплитуд показаний датчика и микрофона. По полученным результатам авторы построили полином 2-й степени от частоты задаваемого звука. Они корректируют амплитуду давления во внешней области по показаниям датчика, установленного в насадке, с помощью этого полинома. Недостатком этого способа является ограничение диапазона рабочих частот: не более, чем 95% от резонансной частоты колебаний в приемном отверстии.There is a known method for correcting the amplitude of oscillations in the external flow according to the amplitude of oscillations measured by a sensor installed in a Pitot full pressure receiver (A. Seifert, L.T. Pack, 1999. Oscillatory excitation of unsteady compressible flows over airfoils at flight Reynolds numbers. AIAA 99-0925. https ://doi.org/10.2514/6.1999-925). Seifert and Pack acted on a sensor installed in a Pitot total pressure receiver and on a nearby microphone with sound in the form of discrete tones. They determined the ratio of the amplitudes of the sensor and microphone readings. Based on the results obtained, the authors constructed a polynomial of the 2nd degree from the frequency of the given sound. They correct the pressure amplitude in the outer area according to the readings of the sensor installed in the nozzle, using this polynomial. The disadvantage of this method is the limitation of the operating frequency range: no more than 95% of the resonant oscillation frequency in the receiving hole.

Известен принятый за прототип способ измерения параметров нестационарного потока (патент RU 2559566 «Способ измерения параметров пульсирующего потока»), заключающийся в том, что измеряют и регистрируют мгновенные значения трех компонент скорости потока, пульсаций полного и статического давлений в любой плоскости относительно насадка, при этом используют приемное устройство насадка с не менее чем четырьмя датчиками пульсаций давления, осуществляют сбор, цифровое преобразование и регистрацию аналоговых данных, поступающих с датчиков, производят обработку показаний датчиков с использованием тарировочных кривых, производят визуальное наблюдение за работой каждого из датчиков, проводят спектральный анализ измеренных данных, определяют мгновенные направления потока, значения числа Маха, значения угла атаки и угла скольжения в потоке и коэффициента давления с помощью аппроксимирующих коэффициентов, определенных по измеренным давлениям.Known adopted for the prototype method for measuring the parameters of unsteady flow (patent RU 2559566 "Method for measuring the parameters of a pulsating flow"), which consists in the fact that they measure and record the instantaneous values of the three components of the flow velocity, pulsations of the total and static pressures in any plane relative to the nozzle, while use a nozzle receiver with at least four pressure pulsation sensors, collect, digitally convert and record analog data coming from the sensors, process the sensor readings using calibration curves, visually monitor the operation of each of the sensors, conduct a spectral analysis of the measured data , determine instantaneous flow directions, Mach number values, values of the angle of attack and slip angle in the flow, and the pressure coefficient using approximating coefficients determined from the measured pressures.

Недостатком рассмотренного в прототипе (патент RU 2559566) способа является то, что не учитывается влияние колебаний газа в отверстии насадка, расположенном перед датчиком давления. Это приводит к понижению точности измерения нестационарного давления.The disadvantage considered in the prototype (patent RU 2559566) of the method is that it does not take into account the influence of gas fluctuations in the hole of the nozzle located in front of the pressure sensor. This leads to a decrease in the accuracy of measuring non-stationary pressure.

Возникает важная и сложная задача - как измерить нестационарное давление, когда между датчиком и потоком имеется полость с небольшим отверстием, представляющая собой типичный резонатор Гельмгольца. Резонатор Гельмгольца является динамической системой. Этим обусловлена сложность решаемой проблемы: измерение динамического давления осуществляется динамической системой.An important and difficult problem arises - how to measure non-stationary pressure when there is a cavity with a small hole between the sensor and the flow, which is a typical Helmholtz resonator. The Helmholtz resonator is a dynamic system. This is the reason for the complexity of the problem being solved: the dynamic pressure is measured by a dynamic system.

Техническим результатом изобретения является повышение живучести датчика при проведении экспериментальных исследований, повышение точности определения нестационарного давления в потоке по показаниям датчика, установленного во внутренней полости насадка, расширение рабочего диапазона частот насадка, включая и резонансную частоту резонатора за счет возможности уменьшения размеров внутренней полости.The technical result of the invention is to increase the survivability of the sensor during experimental studies, to increase the accuracy of determining the non-stationary pressure in the flow according to the readings of the sensor installed in the internal cavity of the nozzle, to expand the operating frequency range of the nozzle, including the resonant frequency of the resonator due to the possibility of reducing the size of the internal cavity.

Технический результат достигается тем, что в способе определения нестационарного давления потока газа с использованием приемника давления, в котором имеются полость и приемное отверстие, соединяющее полость с внешним пространством, внутри полости устанавливают датчик давления, получают показания датчика давления, при установке датчик давления смещают относительно оси приемного отверстия, а для определения искомого давления во внешнем пространстве используют формулы:The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the non-stationary pressure of a gas flow using a pressure receiver, in which there is a cavity and a receiving hole connecting the cavity with the external space, a pressure sensor is installed inside the cavity, pressure sensor readings are obtained, during installation the pressure sensor is displaced relative to the axis intake opening, and to determine the desired pressure in the outer space, the following formulas are used:

Figure 00000002
>
Figure 00000002
>

Figure 00000003
5
Figure 00000003
five

где P - давление, измеренное датчиком;where P is the pressure measured by the sensor;

Ре - давления во внешнем пространстве;P e - pressure in the outer space;

Figure 00000004
и
Figure 00000005
- первая и вторая производные по времени показаний датчика давления;
Figure 00000004
and
Figure 00000005
- the first and second time derivatives of the pressure sensor readings;

Ра - амплитуда колебаний давления в отверстии, измеренная датчиком;P a - amplitude of pressure fluctuations in the hole, measured by the sensor;

Figure 00000006
- амплитуда колебаний искомого давления во внешнем пространстве;
Figure 00000006
- amplitude of fluctuations of the desired pressure in the outer space;

β - коэффициент демпфирования;β - damping factor;

ω0 - собственная круговая частота колебаний газа в отверстии в отсутствии демпфирования, т.е. резонансная частота;ω 0 - natural circular frequency of gas oscillations in the hole in the absence of damping, i.e. resonant frequency;

ω - круговая частота колебаний газа в отверстии.ω - circular frequency of gas oscillations in the hole.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве для определения нестационарного давления потока газа, содержащем приемник давления с внутренней полостью и отверстием, соединяющим полость с внешним пространством, внутри полости установлен датчик давления, датчик давления смещен относительно оси приемного отверстия, а поперечный размер полости составляет, по меньшей мере, сумму поперечных размеров отверстия и чувствительного элемента датчика при соосном расположении датчика и отверстия, или сумму глубины отверстия и поперечного размера чувствительного элемента датчика, когда они установлены перпендикулярно.The technical result is also achieved by the fact that in a device for determining the non-stationary pressure of a gas flow, containing a pressure receiver with an internal cavity and an opening connecting the cavity with the external space, a pressure sensor is installed inside the cavity, the pressure sensor is displaced relative to the axis of the receiving opening, and the transverse size of the cavity is , at least the sum of the transverse dimensions of the hole and the sensing element of the sensor when the sensor and the hole are coaxially located, or the sum of the depth of the hole and the transverse dimension of the sensing element of the sensor when they are installed perpendicularly.

Перечень фигур, иллюстрирующих предложенный способ и устройство.List of figures illustrating the proposed method and device.

На фиг. 1 показана схема насадка для измерения нестационарного полного и статического давления с установленными внутри малогабаритными датчиками.In FIG. 1 shows a diagram of a nozzle for measuring non-stationary total and static pressure with small-sized sensors installed inside.

На фиг. 2. показана фотография установки для определения резонансной частоты и коэффициента демпфирования приемников полного и статического давления методом свободных затухающих колебаний. In FIG. 2. shows a photograph of the installation for determining the resonant frequency and damping coefficient of total and static pressure receivers by the method of free damped oscillations.

На фиг. 3 показаны зависимости относительной амплитуды показаний датчика в приемниках полного и статического давления от времени, по которым определяют коэффициент демпфирования, при свободных затухающих колебаниях.In FIG. Figure 3 shows the dependences of the relative amplitude of the sensor readings in the total and static pressure receivers on time, by which the damping coefficient is determined, with free damped oscillations.

На фиг. 4 показана зависимость для определения резонансной частоты колебаний газа в приемном отверстии методом установившихся гармонических колебаний.In FIG. 4 shows the dependence for determining the resonant frequency of gas oscillations in the receiving hole by the method of steady harmonic oscillations.

На фиг. 5 показана зависимость для определения коэффициента демпфирования методом установившихся гармонических колебаний.In FIG. 5 shows the dependence for determining the damping factor by the method of steady harmonic oscillations.

На фиг. 6 показаны зависимости от времени статического давления, измеренного эталонным датчиком и датчиком, установленным в насадке, а также результат коррекции давления способом, предложенным в этом изобретении.In FIG. 6 shows the time dependences of the static pressure measured by the reference sensor and the sensor installed in the nozzle, as well as the result of pressure correction by the method proposed in this invention.

На схемах приняты следующие обозначения и условно показаны:The following designations are adopted on the diagrams and conditionally shown:

1 - приемное отверстие полного давления;1 - receiving opening of full pressure;

2 - приемное отверстие статического давления;2 - static pressure inlet;

3 - малогабаритный датчик для измерения нестационарного давления;3 - small-sized sensor for measuring non-stationary pressure;

4 - эталонный датчик для измерения статического давления;4 - reference sensor for measuring static pressure;

5 - эталонный датчик для измерения полного давления;5 - reference sensor for measuring total pressure;

6 - шарик для создания колебаний давления;6 - ball to create pressure fluctuations;

7 - измерительная система;7 - measuring system;

Способ, на котором основано рассматриваемое изобретение, реализуется следующим образом:The method on which the present invention is based is implemented as follows:

1. В устройстве для определения нестационарного давления потока газа, содержащем приемник давления с внутренней полостью и отверстием 1, 2, соединяющим полость с внешним пространством, внутри полости устанавливают датчик давления 3, датчик давления 3 смещен относительно оси приемного отверстия 1, 2. Датчик давления может быть смещен относительно оси приемного отверстия таким образом, что поперечный размер полости, по меньшей мере, составляет сумму поперечных размеров отверстия 1, 2 и чувствительного элемента датчика 3 при соосном расположении датчика и отверстия 1, 2, или сумме глубины отверстия 1, 2 и поперечного размера чувствительного элемента датчика 3, когда они установлены перпендикулярно. Для создания колебаний в отверстии приемника давления разрывается шарик 6, расположенный около насадка. Датчик соединяется электрическим кабелем с измерительной системой 7.1. In a device for determining the non-stationary pressure of a gas flow, containing a pressure receiver with an internal cavity and an opening 1, 2 connecting the cavity with the external space, a pressure sensor 3 is installed inside the cavity, the pressure sensor 3 is displaced relative to the axis of the receiving opening 1, 2. Pressure sensor can be displaced relative to the axis of the receiving hole in such a way that the transverse size of the cavity is at least the sum of the transverse dimensions of the hole 1, 2 and the sensitive element of the sensor 3 when the sensor and the hole 1, 2 are coaxially located, or the sum of the depth of the hole 1, 2 and the transverse dimension of the sensing element of the sensor 3 when they are installed perpendicularly. To create oscillations in the hole of the pressure receiver, the ball 6, located near the nozzle, is torn. The sensor is connected by an electric cable to the measuring system 7.

2. Определяют коэффициент демпфирования β и собственную частоту колебаний газа в приемном отверстии насадка без учета демпфирования ω0 (резонансная частота). Эти параметры можно определить двумя способами: методом свободных затухающих колебаний и установившихся гармонических.2. Determine the damping coefficient β and the natural frequency of gas oscillations in the nozzle inlet without taking into account damping ω 0 (resonant frequency). These parameters can be determined in two ways: by the method of free damped oscillations and steady harmonic ones.

а) Метод свободных затухающих колебаний газа в отверстии, возникающих при воздействии на приемник импульса давления, например при разрыве шарика 6. Коэффициент демпфирования β определяют из выраженияa) The method of free damped oscillations of the gas in the hole, arising when a pressure pulse is applied to the receiver, for example, when the ball breaks 6. The damping coefficient β is determined from the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

где Т - период колебаний;where T is the oscillation period;

Figure 00000008
- амплитуда давления, измеренного датчиком;
Figure 00000008
- amplitude of the pressure measured by the sensor;

Figure 00000009
- начальная амплитуда давления, измеренного датчиком;
Figure 00000009
- initial amplitude of the pressure measured by the sensor;

n=0, 1, 2, …n=0, 1, 2, …

Резонансную круговую частоту колебаний давления в отверстии определяют из выражения

Figure 00000010
,The resonant circular frequency of pressure oscillations in the hole is determined from the expression
Figure 00000010
,

где ω - круговая частота колебаний давления газа, определенная по показаниям датчика.where ω is the circular frequency of gas pressure oscillations, determined from the sensor readings.

б) Метод установившихся гармонических колебаний. Колебания задаются генератором звука. Резонансную частоту определяют с использованием выражения

Figure 00000011
b) The method of steady harmonic oscillations. The vibrations are set by the sound generator. The resonant frequency is determined using the expression
Figure 00000011

где ε - разность фаз показаний образцового датчика и датчика, установленного в насадке.where ε is the phase difference between the readings of the exemplary sensor and the sensor installed in the nozzle.

Коэффициент демпфирования определяют из выраженияThe damping coefficient is determined from the expression

Figure 00000012
Figure 00000012

3. Искомое давление во внешнем пространстве определяют по следующим формулам:3. The desired pressure in the outer space is determined by the following formulas:

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

где P - давление, измеренное датчиком;where P is the pressure measured by the sensor;

Ре - давления во внешнем пространстве;P e - pressure in the outer space;

Figure 00000015
и
Figure 00000016
- первая и вторая производные по времени показаний датчика давления;
Figure 00000015
and
Figure 00000016
- the first and second time derivatives of the pressure sensor readings;

Ра - амплитуда колебаний давления в отверстии, измеренная датчиком;P a - amplitude of pressure fluctuations in the hole, measured by the sensor;

Figure 00000017
- амплитуда колебаний искомого давления во внешнем пространстве;
Figure 00000017
- amplitude of fluctuations of the desired pressure in the outer space;

β - коэффициент демпфирования;β - damping factor;

ω0 - собственная круговая частота колебаний газа в отверстии в отсутствии демпфирования, т.е. резонансная частота;ω 0 - natural circular frequency of gas oscillations in the hole in the absence of damping, i.e. resonant frequency;

ω - круговая частота колебаний газа в отверстии.ω - circular frequency of gas oscillations in the hole.

Устройство, на котором основано рассматриваемое изобретение, реализуется следующим образом. В приемнике давления, состоящем из корпуса, внутренней полости, приемного отверстия 1, 2, соединяющего полость с внешним пространством, устанавливают датчик давления 3 внутри полости так, что мембрана датчика 3 смещается относительно приемного отверстия 1, 2. Датчик давления 3 может быть смещен относительно оси приемного отверстия 1, 2 так, что поперечный размер полости составляет, по меньшей мере, сумму поперечных размеров отверстия и чувствительного элемента датчика при соосном расположении датчика и отверстия, или сумме глубины отверстия и поперечного размера чувствительного элемента датчика, когда они установлены перпендикулярно.The device on which the invention is based is implemented as follows. In the pressure receiver, which consists of a body, an internal cavity, an inlet 1, 2 connecting the cavity with the outer space, a pressure sensor 3 is installed inside the cavity so that the sensor membrane 3 is displaced relative to the inlet 1, 2. The pressure sensor 3 can be displaced relative to axes of the receiving hole 1, 2 so that the transverse dimension of the cavity is at least the sum of the transverse dimensions of the hole and the sensitive element of the sensor when the sensor and the hole are coaxially located, or the sum of the depth of the hole and the transverse dimension of the sensitive element of the sensor when they are installed perpendicularly.

Достоинства предлагаемого способа определения нестационарного давления потока газа и устройства, его реализующего, состоят в следующем:The advantages of the proposed method for determining the non-stationary pressure of a gas flow and the device that implements it are as follows:

1. Нестационарное давление перед приемным отверстием определяется по показаниям датчика, установленного в насадке, с использованием обыкновенного неоднородного дифференциального уравнения второго порядка в любой произвольный момент времени. Для это требуются лишь результаты измерений в окрестности этого момента времени для вычисления первой и второй производных по времени от показаний датчика.1. The non-stationary pressure in front of the inlet is determined from the readings of the sensor installed in the nozzle, using an ordinary non-uniform second-order differential equation at any arbitrary moment in time. This requires only the results of measurements in the vicinity of this point in time to calculate the first and second time derivatives of the sensor readings.

2. Способ позволяет учесть влияние полости, расположенной между датчиком и приемным отверстием, при измерении нестационарного давления.2. The method makes it possible to take into account the influence of the cavity located between the sensor and the receiving opening when measuring non-stationary pressure.

3. Способ позволяет определять нестационарное давление по показаниям датчика, установленного в полости внутри насадка, в широком диапазоне частот, включая собственную частоту колебаний газа в приемном отверстии.3. The method makes it possible to determine non-stationary pressure from the readings of a sensor installed in the cavity inside the nozzle in a wide frequency range, including the natural frequency of gas oscillations in the inlet.

4. Устройство существенно повышает живучесть датчиков для измерения нестационарного давления в потоке газа с твердыми и жидкими примесями.4. The device significantly increases the survivability of sensors for measuring non-stationary pressure in a gas flow with solid and liquid impurities.

5. Смещение датчика относительно оси приемного отверстия позволяет уменьшить размер внутренней полости приемника давления.5. The displacement of the sensor relative to the axis of the receiving hole allows you to reduce the size of the internal cavity of the pressure receiver.

Наличие перечисленных выше достоинств предлагаемого способа определения нестационарного давления и предлагаемого устройства повышает точность определения параметров нестационарного потока с частицами примесей и повышает живучесть датчика, расширяет рабочий диапазон частот насадка. Получено подтверждение результатами экспериментальных исследований.The presence of the advantages listed above of the proposed method for determining non-stationary pressure and the proposed device increases the accuracy of determining the parameters of a non-stationary flow with particles of impurities and increases the survivability of the sensor, extends the operating frequency range of the nozzle. Confirmation is obtained by the results of experimental studies.

Claims (12)

1. Способ определения нестационарного давления потока газа с использованием приемника давления, в котором имеются полость и приемное отверстие, соединяющее полость с внешним пространством, внутри полости устанавливают датчик давления, получают показания датчика давления, отличающийся тем, что при установке датчик давления смещают относительно оси приемного отверстия, а для определения искомого давления во внешнем пространстве используют формулы:1. A method for determining the non-stationary pressure of a gas flow using a pressure receiver in which there is a cavity and a receiving hole connecting the cavity with the external space, a pressure sensor is installed inside the cavity, pressure sensor readings are obtained, characterized in that during installation the pressure sensor is displaced relative to the axis of the receiving holes, and to determine the desired pressure in the external space, the following formulas are used:
Figure 00000018
,
Figure 00000018
,
Figure 00000019
,
Figure 00000019
,
где P - давление, измеренное датчиком;where P is the pressure measured by the sensor; Ре - давления во внешнем пространстве;P e - pressure in the outer space;
Figure 00000020
и
Figure 00000021
- первая и вторая производные по времени показаний датчика давления;
Figure 00000020
and
Figure 00000021
- the first and second time derivatives of the pressure sensor readings;
Ра - амплитуда колебаний давления в отверстии, измеренная датчиком;P a - amplitude of pressure fluctuations in the hole, measured by the sensor;
Figure 00000022
- амплитуда колебаний искомого давления во внешнем пространстве;
Figure 00000022
- amplitude of fluctuations of the desired pressure in the outer space;
β - коэффициент демпфирования;β - damping factor; ω0 - собственная круговая частота колебаний газа в отверстии в отсутствие демпфирования, т.е. резонансная частота;ω 0 - natural circular frequency of gas oscillations in the hole in the absence of damping, i.e. resonant frequency; ω - круговая частота колебаний газа в отверстии.ω - circular frequency of gas oscillations in the hole. 2. Устройство для определения нестационарного давления потока газа, содержащее приемник давления с внутренней полостью и отверстием, соединяющим полость с внешним пространством, внутри полости установлен датчик давления, отличающееся тем, что датчик давления смещен относительно оси приемного отверстия, а поперечный размер полости составляет, по меньшей мере, сумму поперечных размеров отверстия и чувствительного элемента датчика при соосном расположении датчика и отверстия или сумму глубины отверстия и поперечного размера чувствительного элемента датчика, когда они установлены перпендикулярно.2. A device for determining the non-stationary pressure of a gas flow, containing a pressure receiver with an internal cavity and an opening connecting the cavity with the external space, a pressure sensor is installed inside the cavity, characterized in that the pressure sensor is displaced relative to the axis of the receiving opening, and the transverse size of the cavity is, according to at least the sum of the transverse dimensions of the hole and the sensing element of the sensor when the sensor and the hole are coaxially located, or the sum of the depth of the hole and the transverse dimension of the sensing element of the sensor when they are installed perpendicularly.
RU2022121402A 2022-08-05 A method for determining the unsteady pressure of a gas flow and a device for its implementation RU2786749C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786749C1 true RU2786749C1 (en) 2022-12-26

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3421515A1 (en) * 1983-06-13 1984-12-20 Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach Prandtl tube for non-stationary speed measurement
RU2227919C1 (en) * 2002-09-18 2004-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of determining structure of gas flow in compressor
RU2285244C1 (en) * 2005-02-21 2006-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Device for measuring parameters of pulsing current
RU2559566C1 (en) * 2014-04-07 2015-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Measurement of pulsating flow parameters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3421515A1 (en) * 1983-06-13 1984-12-20 Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach Prandtl tube for non-stationary speed measurement
RU2227919C1 (en) * 2002-09-18 2004-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of determining structure of gas flow in compressor
RU2285244C1 (en) * 2005-02-21 2006-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Device for measuring parameters of pulsing current
RU2559566C1 (en) * 2014-04-07 2015-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Measurement of pulsating flow parameters

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Persico et al. Design and analysis of new concept fast-response pressure probes
US9341534B2 (en) Enhanced static-dynamic pressure transducer suitable for use in gas turbines and other compressor applications
US6484590B1 (en) Method for measuring fluid flow
Ainsworth et al. Unsteady pressure measurement
US6220103B1 (en) Vortex detector and flow meter
Gejji et al. Transducer installation effects on pressure measurements in PGC devices
Paniagua et al. Digital compensation of pressure sensors in the time domain
Duttweiler et al. Surge instability on a cavitating propeller
Kosuge et al. Performance of radial flow turbines under pulsating flow conditions
US4829813A (en) Method and apparatus for nonintrusively determining mach number
RU2786749C1 (en) A method for determining the unsteady pressure of a gas flow and a device for its implementation
Wheaton et al. Roughness-induced instability in a laminar boundary layer at Mach 6
CN112945326B (en) Gas flow measuring device and method
Lo¨ fdahl et al. Small silicon pressure transducers for space-time correlation measurements in a flat plate boundary layer
Dénos Influence of temperature transients and centrifugal force on fast-response pressure transducers
Yadav et al. Study on connecting tube dynamics for transient pressure measurement
Chung Three-dimensional effect on transonic rectangular cavity flows
Yang et al. Unsteady pressure measurement with correction on tubing distortion
Gorbushin et al. Unsteady pressure measurement in the presence of a cavity between the sensor and the flow
Delhaye et al. Enhanced performance of fast-response 3-hole wedge probes for transonic flows in axial turbomachinery
Bubeck et al. Development and application of a high frequency wedge probe
Schlienger et al. Measuring Unsteady 3D Flow with a single pressure transducer
PBOTECTI Pressure Instrumentation for Gas Turbine Engines—a Rewiew of Measurement Technology
RU143783U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS
Kawata et al. An attempt to measure fluctuating local pressure in free turbulent flow in water