[發(fā)明專利]一種側(cè)面開槽的雙套管半球頭總溫探針

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010036950.5
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111076833A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬宏偉;郝宸
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01K1/08
• 分類號: G01K1/08;G01K13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及氣流總溫測試領(lǐng)域，公開了一種側(cè)面開槽的雙套管半球頭總溫探針，包括外套管、內(nèi)套管、溫度傳感器、絕熱絕緣密封件和探針支桿，內(nèi)、外套管均為中空的圓柱體加半球頭，構(gòu)成雙套管結(jié)構(gòu)，溫度傳感器位于內(nèi)套管內(nèi)部，固定在絕熱絕緣密封件上。內(nèi)、外套管上分別開有從套管側(cè)壁一直延伸到端部半球頭上的互成90°夾角的四個(gè)直型槽，外套管直型槽與內(nèi)套管直型槽互成45°夾角。內(nèi)、外套管上均開有排氣孔，外套管上開有測溫孔。本發(fā)明可以減輕熱輻射和氣流沖擊對溫度傳感器的損傷，提高總溫測量精度，增大總溫測量氣流不敏感角，開孔可自適應(yīng)地進(jìn)、排氣。本發(fā)明可用于燃?xì)廨啓C(jī)及航空發(fā)動機(jī)渦輪級間、渦輪進(jìn)、出口以及燃燒室等高溫環(huán)境的總溫測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣流總溫測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種側(cè)面開槽的雙套管半球頭總溫探針，用于燃?xì)廨啓C(jī)及航空發(fā)動機(jī)渦輪級間、渦輪進(jìn)出口以及燃燒室等高溫環(huán)境的總溫測量。

背景技術(shù)

在燃?xì)廨啓C(jī)與航空發(fā)動機(jī)溫度測量領(lǐng)域，氣流溫度的測量一般為氣流總溫測量，即氣流在絕能滯止?fàn)顟B(tài)下所能達(dá)到的溫度。實(shí)際測量過程中，完全絕能滯止是很難實(shí)現(xiàn)的，測量高速氣流總溫時(shí)，速度誤差較大。因此，測溫探針測得的溫度通常小于氣流總溫。現(xiàn)有的總溫探針多為單層滯止罩，單層滯止難以保證溫度測量的準(zhǔn)確性。

現(xiàn)有的帶滯止罩的總溫探針通常只能起到單層屏蔽作用，而總溫探針的感溫元件通常是熱電偶等易損測溫元件，即使是鎧裝溫度傳感器在高溫流場測量時(shí)，滯止罩也會對內(nèi)部的溫度傳感器產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射作用，縮短溫度傳感器的使用壽命，同時(shí)在溫度高于300℃的高溫環(huán)境，熱輻射作用會使溫度傳感器測溫結(jié)果的不準(zhǔn)確。目前雖然有部分雙屏抽氣的總溫探針，但需要安裝復(fù)雜的抽氣系統(tǒng)，增大了探針安裝的難度，也提高了測試成本。

現(xiàn)有的總溫探針在使用過程中，要求溫度傳感器直接正對來流，而溫度傳感器一般是熱電偶等易損測溫元件，極易受到高溫氣流的沖擊而導(dǎo)致溫度傳感器損壞，這也導(dǎo)致此類總溫探針不能應(yīng)用于高溫、高速氣流測試的場合。

航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部流場具有很強(qiáng)的三維性和非定常性，例如渦輪轉(zhuǎn)子出口位置，其流場特性會受到轉(zhuǎn)速、進(jìn)口壓力等多種因素的影響，因此，航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部氣流方向變化較為劇烈。部分總溫探針采用在滯止罩端部倒角的方式增大氣流的不敏感角，但其增加不敏感角的范圍也是有限的，因此，其感溫頭部對氣流方向的偏斜較敏感，當(dāng)氣流方向變化較為劇烈時(shí)，測溫誤差較大。

現(xiàn)有的帶滯止罩的總溫探針技術(shù)中存在以下幾點(diǎn)不足：1、現(xiàn)有的帶滯止罩的總溫探針只能實(shí)現(xiàn)單層滯止，氣流滯止不充分導(dǎo)致測量誤差。2、在高溫流場測量時(shí)，單層滯止罩的總溫探針的滯止罩會對溫度傳感器產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射作用，縮短探針的使用壽命，同時(shí)造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確。3、現(xiàn)有的總溫探針多采用在滯止罩端部倒角的方式增大氣流的不敏感角，其增加不敏感角的范圍有限，感溫頭部對氣流方向的偏斜非常敏感，當(dāng)氣流方向變化較為劇烈時(shí)，測溫誤差較大，對于航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部流場的測量存在明顯局限性。4、傳統(tǒng)的總溫探針中的溫度傳感器在測量過程中會受到氣流的沖擊作用，縮短了溫度傳感器的使用壽命。5、現(xiàn)有的雙屏抽氣的總溫探針需要安裝復(fù)雜的抽氣系統(tǒng)，增大了安裝的難度，提高了測試成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種側(cè)面開槽的雙套管半球頭總溫探針，目的在于解決目前氣流總溫測試時(shí)滯止不充分導(dǎo)致的測溫誤差大、測量氣流不敏感角范圍小、高溫環(huán)境下因滯止罩輻射導(dǎo)致的溫度傳感器壽命短、測量結(jié)果不準(zhǔn)確以及溫度傳感器受到氣流沖擊嚴(yán)重的問題。本發(fā)明中，雙層套管結(jié)構(gòu)不僅可以充分滯止氣流，還可以起到雙層屏蔽作用，內(nèi)外套管上的開槽位置互呈一定的夾角，有利于在內(nèi)、外套管之間形成氣流層，從而減弱氣流對溫度傳感器的輻射作用；端部半球頭結(jié)構(gòu)以及側(cè)面開槽很大程度上擴(kuò)大了感溫頭部測量氣流的不敏感角范圍；端部雙層半球頭結(jié)構(gòu)可以防止氣流直接對溫度傳感器造成沖擊；內(nèi)、外套管壁面所開排氣孔設(shè)為斜孔，有利于氣流排出，從而促進(jìn)了對流換熱，保證了探針測量的準(zhǔn)確性，提高了探針的頻響；根據(jù)氣動力學(xué)原理設(shè)置的進(jìn)排氣孔結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)排氣的自適應(yīng)，不需要復(fù)雜的抽氣系統(tǒng)，探針安裝更加便捷。