[發(fā)明專利]一種提高滯止式總溫探針測量精度的方法

有效

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• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107449527B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設計）人: 張偉昊;楊偉平;鄒正平;劉火星;王效葵
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K13/02
• 分類號: G01K13/02
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 安麗

本發(fā)明涉及一種提高滯止式總溫探針測量精度的方法，在滯止罩進口及滯止室內(nèi)布置導流片，將滯止罩進口分成上下兩部分。本發(fā)明能夠較好的組織滯止室內(nèi)氣流，使滯止式總溫探針的測量端周圍氣流速度分布更加均勻，減小氣流的脈動性，且能顯著的降低沖擊測量端的氣流速度，減少滯止式總溫探針的速度誤差，從而提高滯止式總溫探針的測量精度。

技術領域

本發(fā)明涉及一種提高滯止式總溫探針測量精度的方法，尤其是涉及航空發(fā)動機或者燃氣輪機以及航空航天領域中高速氣流的總溫測量。

背景技術

總溫探針測量氣流溫度時所指示的溫度實質是沖擊其測量端并與之交換熱量的那部分氣流的溫度。氣流的總溫T_t由靜溫T_s和動溫T_d兩部分組成即T_t＝T_s+T_d，其中動溫的大小與氣流速度的二次方呈正相關關系，如公式(1)所示。由此可見，如果流經(jīng)總溫探針測溫端的氣流具有較大的速度，那么總溫探針所指示的溫度值與氣流的總溫就有較大的差異，使得測溫精度下降。一般采用恢復系數(shù)r來衡量氣流動溫恢復成總溫的程度，如公式(2)所示。對于滯止式總溫探針，恢復系數(shù)r值一般取0.95～0.99。氣流因未全部滯止使得仍有一部分動溫未全部恢復成總溫是產(chǎn)生速度誤差△T_v的原因，從速度誤差△T_v的計算公式(3)可以看出,速度誤差△T_v與測量端周圍氣流的速度V的大小、方向及均勻度密切相關。

其中,T_j為總溫探針指示的溫度，C_p為定壓比熱。

圖1為現(xiàn)有技術中典型的滯止式總溫探針示意圖。通過給測量端5加裝一個滯止罩，使氣流通過滯止罩進口1流入滯止室3，沖刷滯止室內(nèi)壁2，降低氣流速度，然后與總溫探針的測量端5進行換熱，已達到減小速度誤差的目的。最終氣流通過滯止罩出氣孔4流出，這便是采用滯止罩提高總溫探針測量精度的原理。對于具有較高速度V的氣流的總溫的測量，比如航空發(fā)動機尾噴管、渦輪出口的高速氣流的總溫測量，一般給總溫探針加裝一個滯止罩，以減小沖擊測量端氣流的速度V，從而減少速度誤差△T_v，達到提高測溫精度的目的。

提高高速氣流總溫的測溫精度對于航空發(fā)動機來說是具有重要意義的。當前先進航空發(fā)動機渦輪進口溫度已經(jīng)超過2000K，而且每年以20度的趨勢向上提升，幾乎逼近熱端部件材料的極限。這種惡劣的高溫環(huán)境，容易造成熱端部件失效，嚴重影響其壽命和可靠性。而渦輪進口溫度一般是通過測量渦輪出口溫度來反推計算得到的。渦輪出口的溫度一般采用滯止式總溫探針進行測量。由于渦輪出口氣流具有較大的速度V，使得速度誤差△T_v較大，造成總溫探針的測量精度較低，使得對渦輪進口溫度估值偏低，很有可能造成熱端部件的失效。

此外，基于渦輪出口溫度的反饋調(diào)節(jié)是航空發(fā)動機性能調(diào)節(jié)的一種重要方法，而滯止式總溫探針常用于渦輪出口總溫的測量，因此通過減少速度誤差的方法來提高其測量精度，可以避免所留裕度過高，更加充分的發(fā)揮發(fā)動機的性能，這對發(fā)動機的性能調(diào)節(jié)有著重要意義。另外當氣流的總溫得以真實的反應時，能夠幫助設計人員在設計時減少為材料所留的裕度，從而減輕發(fā)動機的重量，這對提高發(fā)動機的推重比很有意義。

盡管滯止式總溫探針在高速氣流總溫的測量中存在諸多優(yōu)點，但由于缺乏對滯止室內(nèi)流動結構特點的認識與分析，使得當前所使用的技術還存在較多不足。第一，當前所使用的技術，氣流垂直沖擊滯止室的內(nèi)壁，并在滯止室里形成多個分離區(qū)，這些分離區(qū)擠壓氣流流過的通道面積，使得氣流速度增加，減弱了滯止罩的滯止效果。第二，受滯止室內(nèi)分離泡的影響，氣流在滯止室里的流動具有很強的三維非定常性，使得測量端周圍的氣流速度V大小不一，分布十分不均勻。第三，這種較強的三維非定常性使得流經(jīng)測量端的氣流脈動性變大，增加了所測氣流溫度的脈動性，使得測溫精度下降。

發(fā)明內(nèi)容