《低速浮空器靜壓檢測裝置》是中國電子科技集團公司第三十八研究所於2009年5月22日申請的專利，該專利的公布號為CN101556198，授權公布日為2009年10月14日，發明人是彭桂林、徐亮、吳玲、陳利、萬小剛。
《低速浮空器靜壓檢測裝置》涉及用於低速、低空飛行的航空器空氣靜壓採集的低速浮空器靜壓檢測裝置。本發明包括外護套管、前向管、引壓管和緩衝儲氣室；前向管設於外護套管內，引壓管同軸設於前向管內，且引壓管一端外伸；引壓管中部均布設有兩個以上的靜壓引氣孔，引壓管的外伸端連線著緩衝儲氣室的進氣口；靜壓引氣孔下部的引壓管管尾端設有電加熱管。該檢測裝置採用特殊的取壓方式和驅垢除冰技術，有效的避免了標準皮托靜壓管等測量所產生的靜壓測量誤差，保障了以大氣靜壓為氣囊壓差基準源的浮空器的使用安全。
2018年12月20日，《低速浮空器靜壓檢測裝置》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《低速浮空器靜壓檢測裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名： 低速浮空器靜壓檢測裝置
- 公告號：CN101556198
- 授權日：2009年10月14日
- 申請號：2009101168333
- 申請日：2009年5月22日
- 申請人：中國電子科技集團公司第三十八研究所
- 地址：安徽省合肥市蜀山區淠河路88號
- 發明人：彭桂林、徐亮、吳玲、陳利、萬小剛
- Int.Cl.：G01L19/00(2006.01)I
- 代理機構：合肥金安專利事務所
- 代理人：金惠貞
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
飛行器的環境壓力測量是飛行器空氣動力學中最重要的問題之一，而對於低速的軟式浮空器，靜壓（外壓）作為浮空器內壓設定的基準，其測量的準確性對於浮空器的空氣動力學性能至關重要。相對於高速飛行的飛機等飛行器而言，低速運動的浮空器周圍的自由氣流更容易受到自身運動的擾動。
截至2009年5月22日，採用皮托靜壓管測量飛行器的環境壓力和其他飛行參數，對於飛機一類速度較高的飛行器皮托靜壓管的套用技術已經比較成熟，但是這類靜壓管採集的靜壓精確度卻不能滿足軟式浮空器的要求，特別是在浮空器大攻角工作或者是側向來流干擾情況下。浮空器包括系留氣球、飛艇等是一類以輕於空氣的氣體產生的浮力為主要上升力的飛行器，其相對地面靜止或者飛行速度較慢，在氣流速度較大情況下，容易出現大攻角或者大側滑角。如果採用現有的皮托靜壓管，氣流容易沖入靜壓孔，靜壓管採集的靜壓值偏大，浮空器的內壓就會相應的增加（內外壓差保持不變），極端條件下偏大的內壓會破壞浮空器的軟囊體，造成浮空器的毀壞。
發明內容
專利目的
為了解決靜壓管採集的靜壓精確度不能滿足軟式浮空器要求的的問題，《低速浮空器靜壓檢測裝置》提供一種低速浮空器靜壓檢測裝置。
技術方案
低速浮空器靜壓檢測裝置包括外護套管、前向管、引壓管和緩衝儲氣室；緩衝儲氣室為圓柱筒狀，其軸向的兩端分別設有進氣口和出氣口，其作用以消除殘存氣流的擾動，使壓力變送器採集的靜壓數據不受外界氣流擾動。
前向管通過同一徑向的兩個以上螺釘同軸設於外護套管內，外護套管迎風放置，與外界自由氣流相通，完成前級整流作用。外護套管作為整套裝置的測量本體，結構型式採用圓形套管，為了減少自由氣流的擾動，設計成細而長，並通常根據不同飛行速度來選擇不同的長度。前向管的近兩端處的管壁徑向分別設有兩條前環切槽和兩條後環切槽，前環切槽和後環切槽的作用在於靜壓進氣；前向管的前環切槽和後環切槽處徑向分別設有具有氣孔的前防雨塊和後防雨塊，引壓管同軸設於前向管內，前防雨塊和後防雨塊的作用在於支撐固定引壓管，並實現進一步壓縮自由氣流；與引壓管對應的前向管兩端管口處分別設有前堵塊和後堵塊；前向管和引壓管均為細長的圓管，且引壓管一端外伸；引壓管中部兩處同一徑向上均布設有兩個以上的靜壓引氣孔，靜壓引氣孔距離前向管管尾後環切槽軸心距離要求不小於50毫米，以保證外界氣流擾動干擾消除效果。引壓管的外伸端連線著緩衝儲氣室的進氣口，緩衝儲氣室的出氣口連通著壓力傳送管；壓力傳送管實現連續檢測儲氣室內氣體靜壓。
靜壓引氣孔下部的引壓管管尾端設有電加熱管，用以防止前向管和引壓管結冰。
所述前向管中部一側壁上開設有漏水孔。
《低速浮空器靜壓檢測裝置》外護套管、前向管和引壓管的最佳內徑分別為30毫米、18毫米和4毫米，長度分別為140毫米、140毫米和160毫米，所述緩衝儲氣室的體積為40000毫米3。
《低速浮空器靜壓檢測裝置》主體結構採用套管式、變截面的測壓通道形式，整個測量通道由外護套管組成的整流段、前向管和引壓管組成的壓縮段、緩衝儲氣室組成的消旋段和壓力傳送管組成的測量段依次連線組成，利用連通到大氣的外護套管、前向管和引氣到壓力變送器的引壓管、儲氣室的兩級動壓消除裝置改善靜壓測量精度，消除靜壓源誤差。
《低速浮空器靜壓檢測裝置》的適用場合為低空空氣污染嚴重的外場環境，為了防止靜壓引氣小孔在飛行中被雨水、污垢、冰雪等堵塞，《低速浮空器靜壓檢測裝置》一方面在前向管迎氣氣流和和背氣氣流方向各設定一防雨塊，另外在引壓管管尾端上設定有電加溫裝置。
《低速浮空器靜壓檢測裝置》檢測大氣靜壓的工作原理為：在浮空器飛行過程中，可認為流經本裝置附屬檔案的外界氣流的流動為三維湍流流動（回流和強旋流動），氣流經外護套管整流、前向管壓縮後，再經防雨塊縫隙流入前向套空腔，根據粘性流體力學的連續性方程，一維管流截面積增大，氣流流動速度相應減小，前向管空腔內流體流速減小後，經引壓管中部兩處同一徑向上均布的靜壓引氣孔導入引壓管和儲氣室，流體流速進一步減小，相應的根據伯努利方程，氣體總壓隨之減小，引壓管氣體壓力接近大氣靜壓，感受到的靜壓經儲氣室由壓力傳送管傳送出至壓力變送器。
改善效果
該檢測裝置採用特殊的取壓方式和驅垢除冰技術，有效的避免了標準皮托靜壓管等測量所產生的靜壓測量誤差，保障了以大氣靜壓為氣囊壓差基準源的浮空器的使用安全。
《低速浮空器靜壓檢測裝置》利用外護套管、前向管、引壓管和緩衝儲氣室組成的三級減動壓結構，外界紊流經多級整流、消旋後輸出壓力穩定的氣流，有效的消除了氣流擾動對靜壓採集的影響；《低速浮空器靜壓檢測裝置》在引壓管引氣孔下端設定電加熱金屬管，能夠快速消除靜壓取氣孔被雨水、冰雪等堵塞危險。
附圖說明
圖1為《低速浮空器靜壓檢測裝置》結構示意圖；
圖2為前向管前環切槽處橫剖圖；
圖3為前向管在外護套管上的橫剖安裝示意圖；
圖4為前向管軸向縱剖圖；
圖5為前向管防雨塊處橫剖圖；
圖6為《低速浮空器靜壓檢測裝置》內部流場分布示意圖。
技術領域
《低速浮空器靜壓檢測裝置》涉及一種用於低速、低空飛行的航空器空氣靜壓採集的裝置，尤其是適用於低速浮空器（浮空氣球、飛艇）等飛行器的靜壓採集裝置，屬於流體壓力測量技術領域。
權利要求
1.低速浮空器靜壓檢測裝置，其特徵在於：包括緩衝儲氣室、外護套管、前向管和引壓管；緩衝儲氣室為圓柱筒狀，其軸向的兩端分別設有進氣口和出氣口；前向管通過同一橫截面上的兩個以上螺釘同軸設於外護套管內，前向管的近兩端處的管壁徑向分別設有前環切槽和後環切槽，前環切槽和後環切槽處徑向分別設有具有氣孔的前防雨塊和後防雨塊；引壓管同軸設於前向管內，與引壓管對應的前向管兩端管口處分別設有前堵塊和後堵塊；前向管和引壓管均為細長的圓管，且引壓管一端外伸；引壓管中部兩處同一橫截面上均布設有兩個以上的靜壓引氣孔，引壓管的外伸端連線著緩衝儲氣室的進氣口，緩衝儲氣室的出氣口連通著壓力傳送管；靜壓引氣孔下部的引壓管管尾端設有電加熱管。
2.根據權利要求1所述的低速浮空器靜壓檢測裝置，其特徵在於：所述引壓管中部兩處同一橫截面上均布設有四個靜壓引氣孔。
3.根據權利要求1所述的低速浮空器靜壓檢測裝置，其特徵在於：所述引壓管與緩衝儲氣室的進氣口之間套設有傳送管。
4.根據權利要求1所述的低速浮空器靜壓檢測裝置，其特徵在於：所述前防雨塊和後防雨塊均為環狀塊，其軸向對稱設有弧形氣孔。
5.根據權利要求1所述的低速浮空器靜壓檢測裝置，其特徵在於：所述外護套管、前向管和引壓管的最佳內徑分別為30毫米、18毫米和4毫米，長度分別為140毫米、140毫米和160毫米，所述緩衝儲氣室的體積為40000毫米3。
6.根據權利要求1所述的低速浮空器靜壓檢測裝置，其特徵在於：所述靜壓引氣孔距離前向管管尾後環切槽軸心距離要求不小於50毫米。7.根據權利要求1所述的低速浮空器靜壓檢測裝置，其特徵在於：所述前向管中部一側壁上開設有漏水孔。
實施方式
- 實施例
參見圖1，低速浮空器靜壓檢測裝置包括外護套管1、前向管2、引壓管3和緩衝儲氣室5；[0026]緩衝儲氣室5為圓柱筒狀，其軸向的兩端分別設有進氣口和出氣口，其作用以消除殘存氣流的擾動，使壓力變送器不受流體固有性質波動。
前向管2通過兩處同一徑向的四個固定螺釘14同軸安裝於外護套管1內，見圖3，前向管2的近兩端處的管壁徑向分別設有前環切槽16和後環切槽17，見圖2，前環切槽16和後環切槽17的作用在於靜壓進氣；前環切槽16和後環切槽17處徑向分別安裝有具有氣孔的前防雨塊7和後防雨塊12，前防雨塊7和後防雨塊12均為環狀塊，其軸向對稱設有弧形氣孔，見圖4和圖5，前向管2中部一側壁上開有漏水孔15。
引壓管3同軸設於前向管2內，前防雨塊7和後防雨塊12的作用在於支撐固定引壓管3，引壓管3的作用是進一步壓縮自由氣流；與引壓管3對應的前向管2兩端管口處分別安裝有前堵塊10和後堵塊13；前向管2和引壓管3都採用細長的圓管，且引壓管3一端外伸；
引壓管3的外伸端通過過渡連線件11連線著緩衝儲氣室5的進氣口4，緩衝儲氣室的出氣口連通著壓力傳送管6，壓力傳送管6的另一端連通壓力變送器，採集壓力信號，實現連續檢測儲氣室內氣體靜壓。
引壓管3中部兩處同一徑向上均布設有四個靜壓引氣孔8，靜壓引氣孔8位置離前向管後環切槽17的距離為50毫米，以保證外界氣流擾動干擾消除效果。為了防止靜壓引氣孔8在飛行中遇冷結冰堵塞，靜壓引氣孔8下部的引壓管3管尾端安裝有電加熱管9；為了保證引壓管3的加熱均勻性，提高加熱效率和溫度變化的回響速度，除冰加熱採用自調節電伴熱管直接接觸引壓管的加熱方式，熱交換以傳導形式為主，引壓管縱向、橫向和垂直方向的溫度梯度很小，並且可以自動調節溫度，即伴熱管的輸出功率隨管道的溫度升高自動降低，使介質溫度保持在一定範圍，加熱後形成的水滴通過前向管2上的漏水孔15溢出，防止出現二次結冰。
外護套管、前向管和引壓管的最佳內徑分別為30毫米、18毫米和4毫米，長度分別為140毫米、140毫米和160毫米，所述緩衝儲氣室的體積為40000立方毫米。
參見圖6，外部氣流通過外護套管1軸向進入其內，由前向管2的防雨塊7的弧形氣孔進入引壓管3，由引壓管3的靜壓引氣孔8進入引壓管3內，再經過連線接頭管進入緩衝儲氣室5，並進入壓力傳送管6，完成外界大氣靜壓採集，抵消湍流等氣流的對壓力變送器的衝擊。《低速浮空器靜壓檢測裝置》的兩級動壓消除結構設計改善了靜壓測量精度，消除了靜壓源誤差。
榮譽表彰
2018年12月20日，《低速浮空器靜壓檢測裝置》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。
