Способ определения давления разреженного газа на поверхность

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1»857760

Союз Советск ив

Социалистические

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.07. 79 (21) 2795685/18-10 с присоединением заявки М (23) П риоритет

Опубликовано 23.08.81, Беллетень .% 31

Дата опубликования описания 25.08.81 (5%)М. Кл.

G 01 1 11/00

Гаауддрстеаиимй камитет

СССР

IIo делам изобретеиий и аткрытий (53) УДК 531 787 (088.8) (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ РАЗРЕЖЕННОГО

ГАЗА НА ПОВЕРХНОСТЬ

Изобретение относится к измерению давления, в частности к определению локального силового воздействия компонент верхней атмосферы на поверхность движущегося аппарата.

Известны способы определения давления разреженного газа на поверхно сть (11.

Пьезоэлектрический способ одинаково хорошо может быть использован при измерениях в неравновесном газе и газовых смесях, в том числе и при наличии физико-химических превращений на поверхности.

Однако присутствие заряженной компоненты или реакции на поверхнос15 ти связанные с изменением заряда атомов или молекул, ухудшает точность измерения этим способом. Точность измерения также падает когда темпераФ

20 тура пьезокристалла изменяется под влиянием внешних факторов. Использование пьезоэлектрического способа в динамике разреженного газа ограниче2 но вследствие недостаточной локальности при измерении малых давлений и влия, ния касательных напряжений.

Деформационный способ определения давления на поверхность также используется при измерениях в неравновесном газе и газовых смесях, в том числе при наличии физико-химических превращений на поверхности.

Однако при изменении температуры упругого элемента, имеющего непосредственный контакт с окружающим газом, его точность ухудшается. При измерениях этим способом низких давлений не может быть достигнута требуемая локальность измерения, т.е. использование модулятора набегающего потока искажает течение у поверхности.

Способ дренирования, оснований на измерении давления газа в полости, соединенной с поверхностью дренаж. ным каналом, с последующим расчетом давления газа на поверхность, приводит при его использовании в дийамиНаиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ

2 определения давления газа на поверхность, заключающийся в измерешщ давления газа в полости P и разности давления на внешнюю и внутреннюю стороны (поверхности ) весового элемента А,Р и в нахождении давления на поверхность из условия баланса сил, действующих на весовой элемент по формуле Р - Р@„+ AP. Известный

П способ сводит задачу. определения давления на поверхность — давление на внешнюю поверхность весового элемента, в задачу определения давления на внутреннюю поверхность весового элемента.В простейшем случае изотермических условий внутри полости и известного состава газовой смеси, при которых использовался известный способ, давление на внутреннюю поверхность весового элемента Р „равно давлению внутри полости Ро и для измерения Р> возможно использование обычного датчика давлея?й 1.2 . . Недостатком известного способа является потеря точности определения. давления на поверхность за счет того, что в условиях неизотермичности, т.е. когда температура весового элемента не равна температуре стенок полости, давление на внутреннюю сторону весового элемента не равно давлению газа в полости и sa счет того, что при неизвестном составе смеси ошибки измерения давления разреженного газа в полости существующими дат,чиками давления могут быть.неприем" лино велики. При неизвестном составе газовой смеси ошибки измерения давле3 8 ке разреженного газа к большим ошибкам.

Недостаток способа в этом случае состоит в том, что для определения давления на поверхность необходимо заранее знать характеристики падаю" щего на поверхность потока и закон взаимодействия с поверхностью. Этот способ может быть использован для слабо разреженного газа в узком диапазоне углов падения, кроме этого гаэоотделение внутри полости-сильно влияет на точность измерений.

Применение способа для определения давления на поверхность газовых смесей приводит к дополнительным ошибкам.

57760 4 ния в полости связаны с тем, что используемые датчики низких давлений фактически измеряют давление не прямо, а косвенно, при этом их чувствительность к давлению зависит от некоторого числа параметров, в частности от состава газовой смеси. Ошибки

° от незнания действительной чувствительности датчика давления могут

1О достигать нескольких сот процентов.

Таким образом, известный способ теряет точность, когда измерения проводят в газовых смесях неизвестного состава и {(или ) в условиях неизотер15 мичиости в??утри полости

Цель изобретения - повышение точности определения давления на поверхность разреженной газовой смеси неизвестного состава в условиях неизоя,термнчности внутри полости.

Поставленная цель достигается тем, что при определении давления разреженного газа на поверхность, включающем измерение разности давлений на 5 внешнюю и внутреннюю стороны весового элемента, проводят измерение порциональиого состава газовой смеси внутри полости, температуры стенок полости и весового элемента и определяют давЗО ление rasa на поверхность по формуле р - Ф ".; .Ш) и., Гт где Р„„ - искомое давление раэреженно35

ro газа на поверхность:

ЬР - разность давлений на внеа ней и внутренней сторонах весового элемента: .постоянная Больцмана;

70 — температура стенок полости

Т? — температура весового элемента;

И - концентрация в полости -Й о компоненты газовой смеси.

На чертеже представлена схема, поясняющая способ. .Сущность предлагаемого способа определения давления разреженного газа на поверхность заключается в

50 измерении дополнительных параметров, позволяющих рассчитать поправку на неизотермичность внутри полости и учесть ее при определении давления на поверхность Р„„, в определении давления газовой смеси неизвестного

55 состава в полости не путем. неточного, одосредственного измерения, а более точным измерением парциального состава смеси с последующим определением

Формула изобретения

5 8577 давления в полости, исходя из закона »оНа РО=КТо f Èî

На весовой элемент 1ос внешней .стороны воздействует искомое давлеI ние P c внутренней давление Р н.

Разность этих давлений АР Р Р„, приложенная к державке весового элемента 2, измеряется силоизмерительным устройством 3. При известной hP для нахождения Р„ необходимо определить

Р . Разреженный гаэ в полости можно считать равновесным даже тогда, когда снаружи он сильно неравновесен и на поверхности могут проходить физико-химические превращения, если 15 площади весового элемента и зазора во входном отверстии в полость малы

-по сравнению с площадью поверхности полости. В этом случае концентрация молекул немаксвеллизованного газа, З1 проникающих в полость извне через зазор и отраженных от внутренней поверхности весового элемента с температурой Тц, мала по сравнению с концентрацией термализованных . 25 молекул в полости.

Равновесность rasa в полости дает возможность характеризовать его состояние давлением P и температурой То. В неизотермических усло- 30 виях(Т 4 1 ) давление на внутреннюю ,сторону весового элемента Р „ не равно давлению газа в полости Ро из-эа изменения импульса отраженных молекул. Это изменение учитывает форму- З5 ла

60 Ь ность получается пу тем подстановки полученных формул в исходную

Р =аР+! а р (+ o o

Таким образом, для определения давления разреженного газа на поверхность предлагаемым способом измеряют разность давлений на внешнюю и внутреннюю стороны весового элемента, измеряют парциальвый.состав газовой смеси внутри полости, измеряют температуру весового элемента и стенок полости и определяют искомое давление по формуле

Способ определения давления pasреженного газа на поверхность путем измерения разности давлений на внешнюю и внутреннюю стороны весового элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения давления на поверхность разреженной газовой смеси в условиях неизотермичности, измеряют парциальный состав внутри rasa полости, температуру стенок полости и весового элемента и расчитывают давление на поверхность по формуле р р, я ч )(«2» 4 ф «Ж

40 откуда видно, что для введения поправки на неизотермичность необходимо измерение температуры весового элемента Т и температура стенки полости То . При неизвестном составе газо- 45 вой смеси в полости использование известных датчиков ниэдрв: давлений, для измерения давления а полости Р не обеспечивает приемпеМй точности

;вследствие неопределенной чувствительности датчика. Поэтому процедуру измерения давления, приводящую к значительным ошибкам, предлагаечч я заменить на процедуру измерения парциаль-!

НОГО СОСтаВа ГаЗОВОЙ СМЕЕИ Ио В ПОЛОС-55 ти с последующим расчетик в ней дав-. дения газа по формуле +0 К о .7 È °

Окончательная формула дпя определения давления разреженного rasa на поверхP = ДР+ Кт -()+) — g g, 1 где Рщ — давление газовой пееса на поверхностью

Ь Р ивмеояемая равность давлений на внешней и внутренней поверхностях весового эле- . мента, К - постоянная Больцмана

То темпеРатУРа стенок полости1

Т„ - температура весовога.элемен-, 1

И - концентрация в полости Ф-Й. о компоненты газовой смеси.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Воронин А.С. Прикладная аэродит намика космических аппаратов. Киев, "Наукова думка", 1977, с.49-58.

2. Крылов А.А. и Стариков Б.В.

Аэродинамика разреженных rasos, ЛГУ, 197б, вып.8 ° c.172-180 (прототип).

857760

Составитель О. Сафонов

Редактор Н. Рогулич Техред Л.Пекарь

Корректор М. Шароши

Заказ 7227768 Тираж 907

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,ьРаушская наб., д. 4/5

Подпис ное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4