[發(fā)明專利]一種臨近空間風(fēng)向儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811340673.6
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109557335B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳良明;張石玉;蘇誠;付增良
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院
• 主分類號: G01P13/02
• 分類號: G01P13/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

本發(fā)明提供了一種臨近空間風(fēng)向儀，其包括平衡錘、指向桿、尾翼、氣動(dòng)補(bǔ)償片、連接桿和垂直桿，平衡錘為一紡錘形的金屬實(shí)體，其同軸地固定在指向桿的前端，尾翼設(shè)置在指向桿尾部的上側(cè)，在靠近平衡錘的指向桿的下側(cè)，以與指向桿垂直的方式設(shè)置有垂直桿，在沿與指向桿和垂直桿均垂直的方向上，兩個(gè)連接桿以懸臂的方式設(shè)置在垂直桿的兩側(cè)，在兩個(gè)連接桿端部分別設(shè)置有氣動(dòng)補(bǔ)償片，氣動(dòng)補(bǔ)償片能夠分別繞各自的連接桿轉(zhuǎn)動(dòng)，臨近空間風(fēng)向儀能夠以垂直桿為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明通過氣動(dòng)補(bǔ)償片繞連接桿旋轉(zhuǎn)不同角度來克服風(fēng)向儀繞垂直桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸承摩擦力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)向儀在臨近空間低動(dòng)壓環(huán)境下的有效工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)速測量領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種臨近空間低動(dòng)壓環(huán)境下的測風(fēng)向裝置。

背景技術(shù)

高空飛艇體積龐大，且巡航時(shí)速較低，風(fēng)場對其動(dòng)力學(xué)特性和飛行控制上都有很大影響。另外，為了實(shí)現(xiàn)長期駐空，這類飛行器經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)懸?；蛴L(fēng)飛行，所以為高空飛艇提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的相對風(fēng)速/風(fēng)向信息和環(huán)境風(fēng)速/風(fēng)向信息是實(shí)現(xiàn)長期駐空及提高飛行控制品質(zhì)的重要條件。

當(dāng)前的平流層飛艇，因?yàn)槿狈账傩畔?，不但影響到控制品質(zhì)，也使得一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)性能參數(shù)，例如阻力系數(shù)、螺旋槳推進(jìn)效率等，難以得到準(zhǔn)確、可靠的檢驗(yàn)。然而，平流層環(huán)境苛刻，20km高度大氣壓僅為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的1/14左右，溫度為-60℃左右，加上臨近空間飛艇為低動(dòng)態(tài)飛行器，在高空稀薄的大氣中飛行，其來流最大動(dòng)壓小于10Pa，采用常規(guī)手段測量空速十分困難。

傳統(tǒng)的風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)成本低廉、使用方便，轉(zhuǎn)速與風(fēng)速基本上為線性關(guān)系。但由于存在機(jī)械摩擦，風(fēng)速計(jì)存在一個(gè)啟動(dòng)風(fēng)速，低于啟動(dòng)風(fēng)速將無法測量。氣象用精密風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)啟動(dòng)風(fēng)速一般在0.3m/s左右。按照風(fēng)動(dòng)能相似原則推算，20km高度的啟動(dòng)風(fēng)速是地面啟動(dòng)風(fēng)速的3.7倍。加上低溫下，潤滑困難，轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦?xí)@著加大。導(dǎo)致傳統(tǒng)風(fēng)速計(jì)，很難用于臨近空間低速飛行器，甚至可能無法正常啟動(dòng)。

因?yàn)榄h(huán)境溫度很低，傳統(tǒng)風(fēng)向標(biāo)軸承需要采用低溫潤滑脂，這會使得靜摩擦力矩增大。一般認(rèn)為，采用低溫潤滑脂后靜摩擦力矩不低于1Nmm(相當(dāng)于在1cm處施加10克的力)。風(fēng)標(biāo)太小的話，面臨低風(fēng)速下無法克服靜摩擦力的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明主要是利用氣動(dòng)補(bǔ)償片產(chǎn)生氣動(dòng)力矩來克服臨近空間低溫低動(dòng)壓條件下的軸承摩擦力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)向儀在低溫低動(dòng)壓條件下的有效工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)臨近空間低溫低動(dòng)壓環(huán)境下的風(fēng)向預(yù)測。

為了實(shí)現(xiàn)這些目的和優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種臨近空間風(fēng)向儀，其包括平衡錘、指向桿、尾翼、氣動(dòng)補(bǔ)償片、連接桿和垂直桿，所述平衡錘為一紡錘形的金屬實(shí)體，其同軸地固定在所述指向桿的前端，所述尾翼設(shè)置在所述指向桿尾部的上側(cè)，在靠近所述平衡錘的所述指向桿的下側(cè)，以與所述指向桿垂直的方式設(shè)置有所述垂直桿，在沿與所述指向桿和所述垂直桿均垂直的方向上，兩個(gè)所述連接桿以懸臂的方式設(shè)置在所述垂直桿的兩側(cè)，在兩個(gè)所述連接桿端部分別設(shè)置有所述氣動(dòng)補(bǔ)償片，所述氣動(dòng)補(bǔ)償片能夠分別繞各自的連接桿轉(zhuǎn)動(dòng)，臨近空間風(fēng)向儀能夠以所述垂直桿為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選所述氣動(dòng)補(bǔ)償片為方形或圓形薄片。

優(yōu)選兩片所述氣動(dòng)補(bǔ)償片左右對稱布置。

優(yōu)選所述氣動(dòng)補(bǔ)償片轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為可繞連接桿旋轉(zhuǎn)0°～90°。

優(yōu)選所述氣動(dòng)補(bǔ)償片的大小根據(jù)軸承摩擦力矩和氣動(dòng)阻力產(chǎn)生力矩進(jìn)行確定。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)本發(fā)明裝置成本低廉；

(2)本發(fā)明裝置使用方便；

(3)本發(fā)明裝置能有效克服臨近空間低溫低動(dòng)壓條件下風(fēng)向儀啟動(dòng)困難，無法工作問題。

附圖說明