[发明专利]一种测量亚音三维稳态流场全参数的探针

说明书

本发明属于流场测试技术领域，具体涉及一种测量亚音三维稳态流场全参数的探针，包括探针头部、温度传感器、对流换热槽、绝热绝缘密封件、五个测压孔、引压管通道、探针支杆、引压管和温度传感器线缆。探针头部圆柱形，圆柱形顶端垂直柱体中心线方向有一内凹的球窝结构，球窝内壁开设互不相通的测压中孔、测压上孔、测压下孔、测压左孔和测压右孔，并在球窝的背向开设十字型的对流换热槽，温度传感器置于对流换热槽中并正对测压中孔中心线。本发明探针可同时测量亚音三维稳态流场总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度等参数，具有尺寸小、寿命长、气流不敏感角宽、可靠性高、空间分辨率高、测量精度高的特点。

技术领域

本发明属于流场测试技术领域，具体涉及一种测量亚音三维稳态流场全参数的探针，适用于亚音速进气道、叶轮机械中风扇、压气机等进口、出口和叶轮级间的亚音速三维稳态流场全参数的测量。

背景技术

对于叶轮机械中风扇、压气机等进口、出口和叶轮级间的亚音速三维稳态流场，由于转子旋转、动静叶片排的交错排列、主流和叶尖泄漏流的相互作用及主流和尾迹的相互掺混等，导致流场混乱，呈现出强烈的三维性，用现有的测试技术和测量手段来准确测量复杂三维流场参数还存在着诸多问题。

现有的探针测试技术中，针对复杂三维流场参数的测量通常采用如下两种方法：一种是利用压力探针来获取流场的压力、马赫数和流动方向等参数，利用温度探针测量流场中的温度，一方面，单独采用压力探针和温度探针进行测量无法同时获取流场中的流动参数，所以在实际测量中，不仅会使测量时间和成本增加，而且还会由于两次测量时流场发生变化和位移机构运动的位置误差影响试验测量的精度；另一方面，要想同时获取全部的三维稳态流场参数，就要不可避免的使用多支探针进行测试，这样不仅会增加探针对于流场流动的干扰，还增加了测试的复杂程度，同时由于测得的流动参数无法保证来自同一流线，带来了额外的测试误差，使得测量结果的精度降低。另一种是采用温度压力组合探针进行测量，传统的温度压力组合探针将温度传感器和压力感受孔同时布置在探针迎风侧正对来流，这样需要占据探针表面比较大的空间，导致流场测量的空间分辨率较差。

按照现有的总温测试技术，温度探针能够精确测量气流总温的关键在于是否使气流在测温点绝能滞止，所以，温度探针大多数都是按照温度传感器正对主流方向来设计的，常规的测量流体总温的滞止结构多采用滞止罩结构，将温度传感器置于滞止罩内，这种设计的缺点是：第一，温度传感器直接被流体冲刷，易受气流中夹杂的油滴、灰尘等的影响，易损坏，而且也会影响温度测量的准确性；第二，通常通过增大温度传感器的尺寸来提高其强度，再加上滞止罩的尺寸，故探针尺寸较大，不能满足叶轮机械内压气机叶片、涡轮叶片等狭小空间测温的需求，而且其空间分辨率也较差；第三，气流不敏感角较小，当待测来流的偏转角或俯仰角较大时，气流无法实现充分滞止；同时温度传感器表面热交换不充分，影响总温测量的精度。

上述的这些测试问题都制约着研究人员对叶轮机械内流场的深入研究，尤其是如果采用压力探针和温度探针单独所获取的数据进行处理，那么组合计算速度等参数时会带来额外的误差；而现有的温度压力组合探针其温度传感器均是位于探针头部正对主流的迎风侧，存在上述温度探针的缺点，难以满足测量中对空间分辨率的要求，不适用亚音速三维稳态流场全参数的精确测量，而研究人员希望能同时精确的获取流场中的全部参数信息。因此，急需一种测量亚音三维稳态流场全参数的探针，用于亚音速进气道、叶轮机械中风扇、压气机等进口、出口和叶轮级间的亚音速三维稳态流场全参数的测量。

发明内容

针对现有的探针无法同时测量亚音三维稳态流场总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度参数的问题以及现有的温度探针尺寸大、空间分辨率差、气流不敏感角小且温度传感器易损坏、寿命短、可靠性低、测量精度低的问题。