izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-1-8-15izmertech-1484Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИGENERAL PROBLEMS OF METROLOGY AND MEASUREMENT TECHNIQUESПогрешность типовой методики измерений скорости воздушного потока в аэродинамических трубах малых дозвуковых скоростейТhe error of a standard air flow velocity measurement procedure in wind tunnels of low subsonic speedsХижнякС. Ю.KhizhnyakS. Yu.

Cветлана Юрьевна Хижняк

г. Жуковский, Московская обл.

Svetlana Yu. Khizhnyak

Zhukovsky, Moscow region

sv.khizhnyak1990@gmail.comДовыденкоО. В.DovydenkoO. V.

Ольга Владимировна Довыденко

г. Жуковский, Московская обл.

Olga V. Dovydenko

Zhukovsky, Moscow region

olga-dov@mail.ruСамойленкоА. И.SamoylenkoA. I.

Александр Иванович Самойленко

г. Жуковский, Московская обл.

Alexander I. Samoylenko

Zhukovsky, Moscow region

samoylenko@tsagi.ruЦентральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. ЖуковскогоРоссияZhukovsky Central Aerohydrodynamic InstituteRussian Federation20231803202301815Copyright © Хижняк С.Ю., Довыденко О.В., Самойленко А.И., 20232023Хижняк С.Ю., Довыденко О.В., Самойленко А.И.Khizhnyak S.Y., Dovydenko O.V., Samoylenko A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/1484

Разработана типовая методика измерений скорости воздушного потока с целью унификации и стандартизации применяемых средств измерений и алгоритмов обработки данных, сокращения времени разработки и аттестации таких типовых методик. Исследованы источники погрешности косвенных измерений скорости воздушного потока в диапазоне 3–105 м/с. Проанализированы источники инструментальной погрешности косвенных измерений – преобразователи давления с цифровым и аналоговым выходным сигналом, приёмники воздушного давления, измерители температуры и относительной влажности воздуха, преобразователи атмосферного давления. Показано, что наибольший вклад в инструментальную погрешность вносит измерение разности давлений и атмосферного давления. Рассмотрена методическая погрешность, которая зависит от принятой модели измерений. Предложена математическая модель измерений, включающая оптимальные выражения для определения плотности влажного воздуха и поправки на сжимаемость и позволяющая уменьшить методическую погрешность. Разработаны требования к метрологическим характеристикам применяемых средств измерений, соблюдение которых обеспечивает соответствие суммарной погрешности косвенных измерений скорости воздушного потока допускаемым пределам Даны рекомендации по применению средств измерений и алгоритмов обработки результатов измерений, которые позволяют уменьшить погрешность измерений на 39 % и создать типовую методику измерений скорости воздушного потока. Типовую методику можно использовать на предприятиях авиационной отрасли при измерениях скорости воздушного потока пневмометрическим методом.

The standard air flow velocity measurement procedure has been developed in order to unify and standardize the measuring instruments used and data processing algorithms, reduce the development time and certify such standard methods. Sources of error in indirect measurements of air flow velocity in the range 3–105 m/s are investigated. The sources of instrumental error of indirect measurements are analyzed – pressure sensors with digital and analog output signals, pitot tube, temperature and relative air humidity sensors, atmospheric pressure sensors. It is shown that the greatest contribution to the instrumental error is made by measuring the pressure difference and atmospheric pressure. The errors of method, which depends on the measurement model, is considered. A new mathematical model of measurements is proposed, which includes optimal expressions for determining the density of moist air and corrections for compressibility and allows to reduce the methodological error, and requirements for the metrological characteristics of the measuring instruments used are developed, ensuring that the total error of indirect measurements of the flow velocity complies with the allowable limits of ±0,2 m/s. Recommendations are given on the use of measuring instruments and algorithms for processing measurement results, which make it possible to reduce the measurement error by 39 % and develop a standard air flow velocity measurement procedure. The standard procedure is relevant for aviation industry enterprises, where the air flow rate is measured by the pneumometric method.

аэродинамическая трубаскорость воздушного потокакосвенные измеренияинструментальная погрешностьметодическая погрешностьразность давленийwind tunnelflow velocityindirect measurementinstrumental errorerror of methodpressure differenceReferencesКозловский В. А., Филиппов С. Е. Неравномерность поля потока в аэродинамической трубе У-6 и оценка его влияния на аэрокосмические характеристики моделей // Материалы XIX школы-семинара «Аэродинамика летательных аппаратов», п. Володарского, Московская обл., 28–29 февраля 2008 г., Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского, 2008. С. 73–74.Kozlovskij V. A., Filippov S. E. Neravnomernost’ polya potoka v aerodinamicheskoj trube U-6 i ocenka ego vliyaniya na aerokosmicheskie harakteristiki modelej. Proceeding of the XIX school-seminar “Aerodinamika letatel’nyh apparatov”. CAGI, Publ., 2008, рр. 73–74. (In Russ.)Петунин А. Н. Определение параметров потока пневмометрическим методом и методом скорости // Учёные записки ЦАГИ. 1988. Т. 19. № 3. С. 1–8.Petunin A. N. Opredelenie parametrov potoka pnevmometricheskim metodom i metodom skorosti. Uchenye zapiski CAGI. 1988, vol. 19, no. 3, pp. 1–8. (In Russ.)Петунин А. Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. М.: Машиностроение, 1996. 380 с.Petunin A. N. Metody i tekhnika izmerenij parametrov gazovogo potoka. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1996. 380 p. (In Russ.)Бабин В. А., Куликов Н. А., Самойленко А. И. Исследование погрешности измерения малых дозвуковых скоростей воздушного потока // Сборник материалов III отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов КИМИЛА 2018, 5–6 июня 2018 г., Жуковский, Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского, 2018, С. 120–130.Babin V. A. Kulikov N. A., Samoylenko A. I. Issledovanie pogreshnosti izmereniya malyh dozvukovyh skorostej vozdushnogo potoka. Proceedings of the Conference “III otraslevaja konferencija po izmeritel’noj tekhnike i metrologii dlya issledovanij letatel’nyh apparatov”, June 5–6, 2018, Zhukovsky. 2018, pp. 120–130. (In Russ.)Davis R. S., Metrologia, 1992, vol. 29, no. 1, pp. 67–70. https://doi.org/10.1088/0026-1394/29/1/008Davis R. S. Metrologia. 1992, vol. 29, no. 1, pp. 67–70. https://doi.org/10.1088/0026-1394/29/1/008Волков А. И., Жарский И. М. Большой химический справочник. Минск: Современная школа, 2005. 608 с.Volkov A. I., Zharskij I. M. Bol’shoj himicheskij spravochnik. Minsk, Sovremennaya shkola Publ., 2005, 608 p. (In Russ.)Хижняк С. Ю., Довыденко О. В. Исследование на точность методик измерений скорости воздушного потока и чисел Маха для аэродинамических труб ЦАГИ // Сборник научных трудов 5-й Всероссийской научно-практической конференции «Измерения в современном мире-2015», Санкт-Петербург, 2–4 июня 2015 г., Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2015. С. 229–235.Khizhnyak S. Yu., Dovydenko O. V. Issledovanie na tochnost’ metodik izmerenij skorosti vozdushnogo potoka i chisel Maha dlya aerodinamicheskih trub CAGI. Proceedings of the 5 All-Russian Scientific and Practical Conference “Izmereniya v sovremennom mire – 2015”, St. Petersburg, 2–4 June 2015. Sankt-Peterburgskij politekhnicheskij universitet Petra Velikogo Publ., 2015, pp. 229–235. (In Russ.)Артемьев Б. Г., Лукашов Ю. Е. Справочное пособие для специалистов метрологических служб. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Стандартинформ, 2009. 688 с.Artem’ev B. G., Lukashov Yu. E. Spravochnoe posobie dlya specialistov metrologicheskih sluzhb, 2nd ed. Moscow, Standartinform Publ., 2009, 688 p. (In Russ.)Дойников А. С., Брянский Л. Н., Крупин Б. Н. Справочник по метрологии. М.: Стандартинформ, 2010. 144 с.Dojnikov A. S., Bryanskij L. N., Krupin B. N. Spravochnik po metrologii. Moscow, Standartinform Publ., 2010, 144 p. (In Russ.)Сычев Е. И., Храменков В. Н., Шкитин А. Д. Основы метрологии военной техники. М.: Воениздат, 1993. 400 с.Sychev E. I., Hramenkov V. N., Shkitin A. D. Osnovy metrologii voennoj tekhniki. Moscow, Voenizdat Publ., 1993, 400 p. (In Russ.)Dovydenko O., Birukov G., Samoylenko A., Maskaev V., Petronevich V. 29th International Scientific Symposium “Metrology and Metrology Assurance”, MMA-2019, Sozopol, 6–10 September 2019. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019, 8936021. https://doi.org/10.1109/ММА.2019.8936021Dovydenko O., Birukov G., Samoylenko A., Maskaev V., Petronevich V. 29th International Scientific Symposium “Metrology and Metrology Assurance”, MMA-2019, Sozopol, 6–10 September 2019. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019, 8936021. https://doi.org/10.1109/ММА.2019.8936021Довыденко О. В., Хижняк С. Ю. Исследование на точность методик измерений скорости воздушного потока для аэродинамических труб дозвуковых скоростей ЦАГИ // X Всероссийская научно-техническая конференция «Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации», пос. Поведники Московской обл., 27–29 октября 2014. С. 62–66.Dovydenko O. V., Khizhnyak S. Yu. Issledovanie na tochnost’ metodik izmerenij skorosti vozdushnogo potoka dlya aerodinamicheskih trub dozvukovyh skorostej CAGI. X International Scientific and Technical Conference “Metrologicheskoe obespechenie oborony i bezopasnosti v Rossijskoj Federacii”, Povedniki, Moscow region, 27–29 oсtоbеr 2014, рр. 62–66. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.