[發(fā)明專利]一種測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場全參數(shù)的探針

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010068029.9
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111089704A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬宏偉;屈冬平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01D21/02
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本發(fā)明屬于流場測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場全參數(shù)的探針，包括探針頭部、溫度傳感器、對流換熱孔、絕熱絕緣密封件、溫度傳感器線纜引出通道、測壓孔、引壓管通道、探針支桿、引壓管和溫度傳感器線纜。探針頭部為圓柱形，圓柱形頂端垂直柱體中心線方向伸出一圓臺結(jié)構(gòu)，圓臺頂面開設(shè)測壓中孔，圓臺側(cè)面均勻開設(shè)互不相通的測壓上孔、測壓下孔、測壓左孔和測壓右孔，背對圓臺的探針頭部背風(fēng)側(cè)開設(shè)六個圓形對流換熱孔，分布在探針頭部背風(fēng)面的低速分離區(qū)。本發(fā)明探針可同時測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場總溫、總壓、靜溫、靜壓、馬赫數(shù)、偏轉(zhuǎn)角、俯仰角、速度、密度，具有尺寸小、氣流不敏感角大、可靠性高、空間分辨率高、測量精度高的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流場測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場全參數(shù)的探針，適用于葉輪機(jī)械進(jìn)口、出口和級間跨音速三維穩(wěn)態(tài)流場全參數(shù)的測量。

背景技術(shù)

目前常采用五孔壓力探針獲得跨音三維穩(wěn)態(tài)流場的總壓、靜壓、偏轉(zhuǎn)角、俯仰角和馬赫數(shù)，五孔壓力探針測量無法測得溫度參數(shù)，要想獲得來流溫度，還需另外采用總溫探針進(jìn)行測量。現(xiàn)有的溫度探針大多數(shù)都是按照溫度傳感器正對主流的要求設(shè)計的，溫度探針頭部采用滯止罩結(jié)構(gòu)，收集來流，溫度傳感器置于滯止罩內(nèi)，其缺點是，第一，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；第二，通常通過增大溫度傳感器的尺寸來提高其強(qiáng)度，再加上滯止罩的尺寸，故探針尺寸較大，其空間分辨率較差；第三，氣流不敏感角較小，當(dāng)待測來流的偏轉(zhuǎn)角或俯仰角較大時，氣流無法實現(xiàn)充分滯止；同時溫度傳感器表面熱交換不充分，總溫測量誤差較大。

對于跨音三維流場，通常分開使用壓力探針和溫度探針分別進(jìn)行壓力和溫度的測量，采用兩根探針同時測量一方面會對被測流場造成較大的干擾，另一方面增加了測試的復(fù)雜程度及試驗測試的成本，最重要的是不同探針測得的流動參數(shù)無法保證來自同一流線，那么組合計算速度等參數(shù)時會帶來額外的誤差，從而降低試驗測試的精度。也有采用單根溫度壓力組合探針同時測量跨音流場的溫度和壓力，現(xiàn)有的溫度壓力組合探針其溫度傳感器均是正對主流位于探針頭部的迎風(fēng)面，存在上述溫度探針的缺點。尤其對于跨音速流場，其氣流速度高，探針會受到氣流的高速沖擊，溫度傳感器正對主流易損壞，現(xiàn)有的探針測試技術(shù)難以滿足跨音速三維流場的測量需求。因此，急需發(fā)展一種具有高精度、高可靠性、可測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場全參數(shù)的探針，以準(zhǔn)確測量跨音三維流場的總溫、總壓、靜溫、靜壓、馬赫數(shù)、偏轉(zhuǎn)角、速度、密度等全參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一種測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場全參數(shù)的探針，探針頭部為圓柱形，圓柱形頂端垂直柱體中心線方向伸出一圓臺結(jié)構(gòu)，圓臺中心線與柱體中線垂直并相交，圓臺上頂面開設(shè)測壓中孔，圓臺側(cè)面均勻開設(shè)互不相通的測壓上孔、測壓下孔、測壓左孔和測壓右孔，可進(jìn)行跨音三維流場的測量。本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的總溫探針設(shè)計理念，沒有按照溫度傳感器正對主流、采用滯止罩使氣流滯止以實現(xiàn)總溫測量的方法進(jìn)行設(shè)計，而是基于申請人多年的研究，創(chuàng)造性地提出了溫度傳感器背對主流并在探針頭部背風(fēng)面?zhèn)乳_設(shè)六個圓形對流換熱孔的布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效減小了氣流對溫度傳感器的沖刷及氣流中夾雜的油滴、灰塵等對溫度傳感器的影響，提高了溫度傳感器的使用壽命；有效減小了探針頭部尺寸，提高了探針空間分辨率；加強(qiáng)了氣流與溫度傳感器的對流換熱，使得在較大的偏轉(zhuǎn)角、俯仰角范圍內(nèi)溫度恢復(fù)系數(shù)高且穩(wěn)定；并且溫度傳感器在測壓中孔的中心軸線上，能夠保證同一流線的全參數(shù)測量。最重要的是，本發(fā)明一種測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場全參數(shù)的探針采用單根探針即可同時測量三維穩(wěn)態(tài)流場的總溫、總壓、靜溫、靜壓、馬赫數(shù)、偏轉(zhuǎn)角、俯仰角、速度及密度。

本發(fā)明提供了一種測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場全參數(shù)的探針，要解決的技術(shù)問題是：第一，現(xiàn)有的探針無法同時測量跨音三維穩(wěn)態(tài)流場總溫、總壓、靜溫、靜壓、馬赫數(shù)、偏轉(zhuǎn)角、俯仰角、速度、密度參數(shù)的問題；第二，現(xiàn)有的溫度探針溫度傳感器易損壞、壽命短的問題；第三，現(xiàn)有的探針尺寸大、空間分辨率差的問題；第四，現(xiàn)有的溫度探針氣流不敏感角小的問題。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案是：