EPRO* PR9376-010-010 傳感器EPRO* PR9376-010-010 傳感器

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流體力學(xué)中，二次流的概念如下定義：假如沿一邊界的流動因受到橫向壓力的作用，產(chǎn)生了平行于邊界的偏移，則靠近邊界的流體層由于速度較小，就比離邊界較遠的流體層偏移得厲害，這就導(dǎo)致了疊加于主流之上的二次流。

二次流指產(chǎn)生了平行于邊界的偏移，是疊加于主流之上的水流。一種流動(主流)引起的另一種性質(zhì)不同的流動。例如管流中與主流軸線方向垂直的截面中的流動就是二次流；其他流動如分離流、旋渦等，也會引起相應(yīng)的二次流。 [1] 

中文名

二次流

外文名

secondary flow

定    義

產(chǎn)生了平行于邊界的偏移

導(dǎo)    致

疊加于主流之上的二次流

舉    例

在天然河道中

目錄

1. 1 分類
2. 2 規(guī)律原理
3. 3 現(xiàn)象舉例

分類

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管流中常見的二次流有以下3種：①彎管中的二次流，垂直于彎管軸線，在管中心指向彎管外側(cè)，在管壁附近指向內(nèi)側(cè)，可使大流速區(qū)域向外壁偏移，河道彎段外側(cè)被掏深而內(nèi)側(cè)變淺便是這種作用的結(jié)果；②非圓截面直管內(nèi)的二次流，朝向管道截面的尖角或大曲率部位，然后返回主流中心，可使河流中的小漂浮物趨向河心，這種二次流僅在湍流中產(chǎn)生；③脈沖振蕩流中的二次流，因固體在流體中振蕩而產(chǎn)生，與平均壓強、動量和摩擦力問的相互作用有關(guān)，用超聲波做實驗時，這種現(xiàn)象較顯著，肯特(Kundt)灰塵圖就是這種二次流的一個例證。 [1] 

規(guī)律原理

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根據(jù)多年的研究總結(jié),二次流的形成必須具備如下條件:流場必須有離心力場的存在;流場必須有剪切應(yīng)力梯度的存在。前者可表達為流場中的運動參數(shù)V(主流速度)存在切線分量時或者說主流流線圖存在曲率半徑時,一般計算都以流體圍繞某一中心點的旋轉(zhuǎn)角速度ω來衡量計算。而后者包含二層意義:①流體是粘性流體(以液體運動粘度v來計算);②流體可在一固定幾何邊界條件下,也可是在一假想“固化”幾何邊界條件下運動,進一步說二次流也存在“傳遞機理”。

綜合上述分析,我們可以描繪出各種場合下的二次流流線示意圖。特別要指出的是:在一定運動參數(shù)和幾何邊界參數(shù)下,主流與二次流可以轉(zhuǎn)化,也可以是人為轉(zhuǎn)化。 [2] 

現(xiàn)象舉例

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在天然河道中，在彎道處，由于二次流而使河底處水流所攜帶的沙子、礫石等從彎段的外側(cè)移走，而在彎段

二次流現(xiàn)象舉例

的內(nèi)側(cè)堆積起來，結(jié)果造成河道的外側(cè)被掏深而內(nèi)側(cè)則變淺。這種情形與外側(cè)更大流速水流的沖刷相結(jié)合，就使彎段的彎曲程度越來越顯著。所以，只要可能，河道總是彎彎曲曲的（蜿蜒曲折）。見圖a。

另一個二次流的例子發(fā)生在旋轉(zhuǎn)圓筒底部的流動中?？拷撞康牧黧w層因其流速小，離心力較圓筒中心處的小，因而引起底部流向向內(nèi)。日常觀察到的小顆粒向容器底部中心區(qū)集中并堆積的現(xiàn)象，就可以用這里談到的底部流動予以解釋。

此外，溫差產(chǎn)生的自然對流在水平管內(nèi)形成徑向流動，也是二次流的一個例子。

較典型的二次流有迪恩渦(Dean vortex)、泰勒渦(Taylor vortex)、戈特勒(Gertler)渦，還有攪拌槽中的二次流，以及日常生活中的各種二次流現(xiàn)象。

迪恩渦是一種管道流，它的發(fā)生是因為流體在彎曲管道中流動時要受到離心力作用。

離心力指向彎曲管道外側(cè)，因此流體在沿管道軸向流動的同時，還將向彎曲管道外側(cè)流動。由于管道中心流體的速度較大，受到的離心力也大，因而以較大的二次流速度向外側(cè)流動，由于流動的連續(xù)性，管道上下壁面附近的流體被迫向管道內(nèi)側(cè)流動，從而形成了雙旋渦二次流分布。

泰勒渦是兩個同軸獨立圓柱體之間流體的流動，這種現(xiàn)象是以泰勒而命名的。當圓柱體在低轉(zhuǎn)速時，流體沿圓柱體轉(zhuǎn)動方向簡單地移動。當內(nèi)圓筒轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速時，泰勒(Taylor)觀察到流體變得不穩(wěn)定，流體會形成細胞型微團在圓柱體周圍渦流層中作螺旋軌跡運動，并形成旋轉(zhuǎn)方向相反上下對稱的渦。這就是目前*的泰勒渦。

流體沿著凹凸不平的邊壁流動時，由于離心力的作用，會產(chǎn)生成對的旋轉(zhuǎn)方向相反的二次流旋渦，稱為戈特勒渦

為飛行人員提供有關(guān)飛行器及其分系統(tǒng)信息的設(shè)備。飛行器儀表與各種控制器一起形成人－機接口，使飛行人員能按飛行計劃操縱飛行器。儀表提供的信息既是飛行人員操縱飛行器的依據(jù)，同時又反映出飛行器被操縱的結(jié)果。

簡史

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飛行器儀表的發(fā)展與飛行器的發(fā)展密切相關(guān)。早期飛機上沒有專門設(shè)計的儀表。萊特兄弟*飛行時，飛機上只有一塊秒表、一個風(fēng)速計和一個轉(zhuǎn)速表。早期裝在飛機上的還有其他一些地面用的簡陋儀表，如指示高度用的真空膜盒式氣壓計、指示航向用的磁羅盤、指示飛機姿態(tài)用的氣泡式水平儀。1909年，法國飛行員L.布萊里奧*次駕機飛越英吉利海峽時，機上仍沒有任何專門的飛機儀表。那時人們主要靠肉眼觀察，在能見度許可的情況下飛行。*次世界大戰(zhàn)期間飛機儀表有了較大的發(fā)展。1916年英國的S.E. 5型飛機的儀表板上已裝有3種較為可靠的飛行儀表及4種發(fā)動機儀表。1927年，美國飛行員C.A.林白駕機飛越大西洋，除上述主要儀表外，他的飛機還裝備了羅盤、傾側(cè)和俯仰角指示器、轉(zhuǎn)彎傾斜儀和時鐘。1929年9月，美國飛機駕駛員J.H.杜立特憑借儀表和無線電導(dǎo)航設(shè)備安全完成*盲目飛行，即儀表飛行，開創(chuàng)了儀表發(fā)展的新階段。從30年代開始，一些國家相繼規(guī)定飛機上必須配備能完成盲目飛行的一定數(shù)量的基本儀表，其中包括空速表、高度表、陀螺地平儀、航向陀螺儀、升降速度表和轉(zhuǎn)彎傾斜儀。隨著大型、多發(fā)動機、高速飛機的機載系統(tǒng)逐漸增多，儀表需求量也日益增長。30～50年代，飛機儀表有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了遠讀儀表、伺服儀表等新式儀表。這一時期重大的進展是出現(xiàn)了各種機電型綜合儀表，較有代表性的是指引地平儀、航道羅盤、大氣數(shù)據(jù)計算機。60～70年代電子技術(shù)、尤其是包括微處理機在內(nèi)的微電子技術(shù)的發(fā)展以及彩色陰極射線管和其他新型電光元件(液晶顯示器、發(fā)光二極管等)的相繼問世，為儀表數(shù)字化、小型化、綜合化和智能化提供了條件。數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計算機、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等帶微型計算機的數(shù)字測量系統(tǒng)和以平視顯示器為代表的電子綜合顯示儀的出現(xiàn)，標志著飛行器儀表進入一個新的發(fā)展階段。

材料

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用作分立式航空儀表的電子顯示器件有：半導(dǎo)體發(fā)光二極管、液晶顯示器、等離子顯示器、場致發(fā)光顯示器等幾種。半導(dǎo)體發(fā)光二極管具有亮度高、壽命長、能與TTL集成電路相容等優(yōu)點，但發(fā)光效率低、功耗較大。液晶顯示器是一種被動發(fā)光器件，需要外界（包括自然環(huán)境）照明才能顯示字符, 但它具有對比度好、功耗低、能與MOS 集成電路相容等優(yōu)點。這兩種顯示元件均已成功地應(yīng)用于電子式航空儀表中。綜合電子顯示器目前主要采用單色或彩色陰極射線管。陰極射線管作顯示器具有可顯示的信息量大、通用性好、能實現(xiàn)有亮度變化的多層次顯示和彩色顯示等優(yōu)點, 它的缺點是要求控制功率大、有高壓電源等。此外， 由液晶、等離子、半導(dǎo)體發(fā)光二極管等發(fā)光元排列成的矩陣發(fā)光屏以及激光全息成像技術(shù)在航空電子顯示儀表中的應(yīng)用也正在研究之中。

分類

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飛行器儀表分為飛行儀表、導(dǎo)航儀表、發(fā)動機儀表和系統(tǒng)狀態(tài)儀表4大類。

飛行儀表

指示飛行器在飛行中的運動參數(shù)（包括線運動和角運動）的儀表，駕駛員憑借這類儀表能夠正確地駕駛飛機。這類儀表主要有：利用大氣特性的各種氣壓式儀表、利用陀螺特性的各種陀螺儀表和利用物體慣性的加速度（過載）儀表等。

導(dǎo)航儀表

用于顯示飛行器相對于地球或其他天體的位置，為飛行員或飛行控制系統(tǒng)提供使飛行器按規(guī)定航線飛向預(yù)定目標所需要的信息。定位和定向是導(dǎo)航中的兩大問題。導(dǎo)航儀表包括導(dǎo)航時鐘、各種航向儀表和各類導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)按工作原理分為：航位推算導(dǎo)航系統(tǒng)、無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、天文導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以及它們有機結(jié)合、互相校正的組合導(dǎo)航系統(tǒng)（見飛機導(dǎo)航系統(tǒng)）。航位推算導(dǎo)航系統(tǒng)按原始信息的性質(zhì)又分為：利用真實空速推算的自動儀、利用地速推算的多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)和利用加速度推算的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

發(fā)動機儀表

用于檢查和指示發(fā)動機工作狀態(tài)的儀表。按被測參數(shù)區(qū)分，主要有轉(zhuǎn)速表、壓力表、溫度表和流量表等。現(xiàn)代發(fā)動機儀表還包括振動監(jiān)控系統(tǒng)，用于指示發(fā)動機的結(jié)構(gòu)不平衡性和預(yù)告潛在的故障。燃油是直接供發(fā)動機使用的，故指示燃油油量的油量表通常也歸屬于發(fā)動機儀表。

組成原理 　按照組成原理，飛行器儀表可分為直讀儀表、遠讀儀表、伺服儀表和綜合儀表。

直讀儀表

很多早期的儀表都屬此類，如氣壓式高度表、空速表、升降速度表、磁羅盤、航向陀螺儀等。直讀儀表通常由敏感元件(直接感受被測物理量的元件)、放大傳動機構(gòu)和指示裝置組成，如氣壓式儀表等。有的直讀儀表則直接由敏感元件來帶動指示裝置，如磁羅盤和航向陀螺儀。這類儀表簡單、可靠，不僅仍大量用于一些低空飛行的輕型飛機上，而且?guī)缀踉谒酗w機上都還用它們作為應(yīng)急儀表。

遠讀儀表

通常由傳感器和指示器兩部分組成。傳感器遠離儀表板，指示器則在儀表板上。大多數(shù)發(fā)動機儀表均屬此類，如發(fā)動機排氣溫度表用熱電偶式感溫頭作為傳感器，用毫伏表作為指示器。還有一些儀表利用遠距同步傳輸系統(tǒng)來實現(xiàn)遠讀的功能。

伺服儀表

利用伺服系統(tǒng)原理構(gòu)成的儀表，也稱閉環(huán)儀表。采用伺服機構(gòu)能減小摩擦力矩對敏感元件的影響，進行力矩放大，提高儀表測量和指示精度，輸出多路信號供各系統(tǒng)使用。伺服儀表也具有遠讀的特點。

綜合儀表

也稱為組合儀表。儀表的綜合化有兩條平行的途徑：一為傳感器綜合化，二為顯示器綜合化。

傳感器綜合化又分為兩種方式。一種方式是把原理不同而功用類似的幾個傳感器組合在一起，以達到互相校正和提高儀表性能的目的。由磁羅盤和航向陀螺儀組成的陀螺磁羅盤是這種綜合方式的典型例子。另一種方式是把少量公用的原始信息傳感器集中起來，通過計算機計算，輸出為數(shù)眾多的不同的信號。這方面的典型實例是大氣數(shù)據(jù)計算機。這種傳感器綜合化方式的優(yōu)點是大大減少了設(shè)備的重復(fù)性，減小了體積和重量，又能采用較完善的測量原理，進行多種誤差補償而提高了參數(shù)測量精度。

顯示器綜合化是把有關(guān)的參數(shù)集中在一個顯示器內(nèi)顯示，這樣做不僅能有效地減少儀表數(shù)量、減輕儀表板的擁擠程度、減輕飛行員的目視負擔，而且還能得到用單一參數(shù)指示器所不能得到的有用信息。早期的組合式高度表、組合式航向儀表，后來的機電型指引地平儀、航道羅盤以及現(xiàn)代的電子綜合顯示儀都是顯示綜合化的實例。

發(fā)展

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航空儀表的*代是機械式儀表與簡單電氣式儀表，大約有四十年之久。雖然從儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝與材料等各方面曾作過許多改進與提高， 但仍擺脫不了摩擦、遲滯等因素所造成的誤差大，抗震穩(wěn)定性差等缺點。要想再進一步補償某些原理誤差， 結(jié)構(gòu)上也受到了限制。到五十年代前后， 航空儀表發(fā)展到第二代、即出現(xiàn)了各種伺服式航空儀表及傳感器， 如伺服式高度表、伺服式真空速傳感器、伺服式馬赫數(shù)傳感器等等。伺服式儀表的出現(xiàn)，大大地豐富了航空儀表的設(shè)計內(nèi)容有效地克服了*代儀表中所存在的嚴重缺陷，輸出信號的能力更是大大地提高了。航空儀表的第三代標志是綜合化，一些參數(shù)互有的儀表或傳感器,相互統(tǒng)一而成為一個完整的系統(tǒng)，但仍屬于機電模擬式的儀表。屬于這一代的典型產(chǎn)品是各種機電模擬的大氣數(shù)據(jù)中心儀、組合式自動儀等。到了六十年代的中后期， 在*的電子技術(shù)支援下， 航空儀表技術(shù)跨入了電子化、數(shù)字化的新階段— 第四代， 出現(xiàn)了用集成電路和其它電子器件組成的電子式分立參數(shù)航空儀表、數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)中心儀以及采用數(shù)字技術(shù)的平視儀等。特別應(yīng)當指出的是，近幾年來受到人們*重視的微型計算機，正在推動著航空儀表系統(tǒng)向著更加智能化的方向發(fā)展， 以適應(yīng)在更復(fù)雜的環(huán)境條件下完成更準確、更可靠的測量與監(jiān)控任務(wù) [1]  。

采用*的電子顯示技術(shù)，是航空儀表的必然發(fā)展趨向。隨著原始參數(shù)傳感器和信號轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理裝置的電子化、數(shù)字化后，舊式機械傳動的圓形表盤、垂直刻度以及機械計數(shù)器等顯示方法已經(jīng)*不相適應(yīng)了，必須采用與電子電路相容的電子顯示器件， 以顯示出數(shù)字或者更形象的符號、刻度標尺、曲線以至逼真的圖象等 [1]  。

80年代的航空儀表的特點是利用*的數(shù)字電子技術(shù)，進一步向高度綜合化和智能化方向發(fā)展，并以微型計算機和多路傳輸數(shù)據(jù)總線為紐帶，把傳感器、顯示器、控制器與飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)等有機地交聯(lián)在一起，以實現(xiàn)飛行器各系統(tǒng)之間的高度綜合化。采用完善的自檢和故障監(jiān)控、故障告警手段，提高信息測量的精度和可靠性。