[發明專利]一種測量亞音三維流場動態全參數的棱臺五孔探針

在審

• 申請號: 202010036984.4
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111076940A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 馬宏偉;郝宸
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M15/02
• 分類號: G01M15/02;G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于葉輪機試驗測試技術領域，公開了一種測量亞音三維流場動態全參數的棱臺五孔探針，包括探針支桿、過渡段、探針頭部、壓力傳感器線纜、溫度傳感器線纜、絕熱絕緣密封件和溫度傳感器，所述探針支桿、探針頭部均為圓柱形，通過過渡段相連，測壓下孔、測壓左孔、測壓右孔、測壓中孔和測溫孔位于探針頭部突起的棱臺上，測溫孔圓周上開槽，壓力傳感器和溫度傳感器線纜通過探針支桿內通道引出探針尾部。本發明能夠在減小探針頭部繞流的影響的前提下實現流場中同點的總壓、靜壓、偏轉角、俯仰角、馬赫數、密度和三維速度以及總溫和靜溫的動態測量，具有較寬的總溫不敏感角測量范圍，適用于測量航空發動機級間三維流場的全參數動態測量。

技術領域

本發明涉及葉輪機試驗測試技術領域，特別涉及一種測量亞音三維流場動態全參數的棱臺五孔探針，用于航空發動機進氣道、壓氣機級間和壓氣機進、出口流場全參數的動態測量。

背景技術

目前，在葉輪機械測試領域，尤其是航空發動機流場測試領域，壓力和溫度的測量廣泛使用壓力探針和溫度探針。使用壓力探針雖然能夠實現總壓、靜壓、馬赫數、流動方向的測量，但不能進行溫度測量，因此無法通過壓力探針測得的數據計算得到流場的流速。目前測量來流溫度通常采用單獨的總溫探針測得來流的總溫,但是卻不能實現總壓、靜壓、俯仰角、偏轉角、馬赫數、密度、三維速度以及總溫和靜溫的同步測量。

雖然有少數溫度壓力組合探針，但測溫孔和測壓孔都是直接開在探針頭部的“┃”型結構上，“┃”柱型探針在圓柱壁面上打孔無法實現流場參數的三維測量，可實現三維測量的探針有“一”型和“L”型兩種結構，但“一”型探針無法安裝于航空發動機級間等狹小空間測試，在航空發動機進口段雖然可以安裝，但是探針頭部和支桿會對流場產生極大影響；“L”型在級間的狹窄區域很難安裝，此外，“L型”探針在測量過程中探針頭部的彎折段雖然與“一”型相比對探針頭部和被測流場的影響較小，對流場產生的影響仍會導致測量結果不準確，也是不可忽略的。

在總溫測量方面，現有的總溫探針一般采用對測溫孔倒角的方式擴大溫度測量的不敏感角，但其增大溫度測量不敏感角的范圍是有限的，難以滿足航空發動機內部復雜流場的測量需求。現有的動態測量探針一般采用裸露的溫度傳感器，溫度傳感器直接被流體沖刷，易受氣流中夾雜的油滴、灰塵等的影響，易損壞，從而降低了溫度傳感器的壽命。

現有的動態壓力探針其總壓孔內部型面一般為平直過渡，平直過渡造成一定的總壓損失，導致測量結果不準確；此外，平直過渡會導致流動分離，流動分離產生的波動會對總壓測量結果造成干擾；現有的動態壓力探針的總壓孔和靜壓孔一般開在圓柱面等曲面上，壓力傳感器前端為平面，因此壓力傳感器不能實現齊平安裝，壓力傳感器安裝之后必然存在銳邊，會導致流動分離，這些流動分離造成的波動也會對總壓和靜壓測量結果造成干擾，導致測量結果不準確。

綜上所述，現有的應用于航空發動機三維流場測試領域的探針存在以下幾點不足：1、壓力探針不能實現總溫、靜溫、三維速度的測量，總溫探針只能測得來流總溫，不能實現總壓、靜壓、俯仰角、偏轉角、馬赫數、密度、三維速度以及總溫和靜溫的同步測量；2、現有的溫度壓力組合探針中，“┃”型無法實現流場三維參數的測量，“一”型不能應用于航空發動機級間狹窄空間測試，“L”型探針頭部彎折段會對探針頭部和被測流場產生一定影響，造成測量結果不準確，并且對于級間的狹窄區域安裝困難；3、現有的總溫探針一般采用對測溫孔倒角的方式擴大溫度測量的不敏感角，但其增大溫度測量不敏感角的范圍是有限的，難以滿足航空發動機內部復雜流場的測量需求；4、現有的動態測量探針一般采用裸露的溫度傳感器，溫度傳感器直接被流體沖刷，易受氣流中夾雜的油滴、灰塵等的影響，易損壞，從而降低了溫度傳感器的壽命；5、現有的動態壓力探針總壓孔內部型面造成總壓損失和流動分離，導致總壓測量結果不準確，總壓孔和靜壓孔的開孔面與壓力傳感器的配合也會導致流動分離的產生，其造成的波動會降低總壓和靜壓的測量精度。

發明內容