[发明专利]一种测量跨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，具体涉及一种测量跨音三维稳态流场全参数的探针，包括探针头部、温度传感器、对流换热孔、绝热绝缘密封件、温度传感器线缆引出通道、测压孔、引压管通道、探针支杆、引压管和温度传感器线缆。探针头部为圆柱形，圆柱形顶端垂直柱体中心线方向伸出一圆台结构，圆台顶面开设测压中孔，圆台侧面均匀开设互不相通的测压上孔、测压下孔、测压左孔和测压右孔，背对圆台的探针头部背风侧开设六个圆形对流换热孔，分布在探针头部背风面的低速分离区。本发明探针可同时测量跨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，具有尺寸小、气流不敏感角大、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，具体涉及一种测量跨音三维稳态流场全参数的探针，适用于叶轮机械进口、出口和级间跨音速三维稳态流场全参数的测量。

背景技术

目前常采用五孔压力探针获得跨音三维稳态流场的总压、静压、偏转角、俯仰角和马赫数，五孔压力探针测量无法测得温度参数，要想获得来流温度，还需另外采用总温探针进行测量。现有的温度探针大多数都是按照温度传感器正对主流的要求设计的，温度探针头部采用滞止罩结构，收集来流，温度传感器置于滞止罩内，其缺点是，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；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，其空间分辨率较差；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，总温测量误差较大。

对于跨音三维流场，通常分开使用压力探针和温度探针分别进行压力和温度的测量，采用两根探针同时测量一方面会对被测流场造成较大的干扰，另一方面增加了测试的复杂程度及试验测试的成本，最重要的是不同探针测得的流动参数无法保证来自同一流线，那么组合计算速度等参数时会带来额外的误差，从而降低试验测试的精度。也有采用单根温度压力组合探针同时测量跨音流场的温度和压力，现有的温度压力组合探针其温度传感器均是正对主流位于探针头部的迎风面，存在上述温度探针的缺点。尤其对于跨音速流场，其气流速度高，探针会受到气流的高速冲击，温度传感器正对主流易损坏，现有的探针测试技术难以满足跨音速三维流场的测量需求。因此，急需发展一种具有高精度、高可靠性、可测量跨音三维稳态流场全参数的探针，以准确测量跨音三维流场的总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、速度、密度等全参数。

发明内容

本发明的一种测量跨音三维稳态流场全参数的探针，探针头部为圆柱形，圆柱形顶端垂直柱体中心线方向伸出一圆台结构，圆台中心线与柱体中线垂直并相交，圆台上顶面开设测压中孔，圆台侧面均匀开设互不相通的测压上孔、测压下孔、测压左孔和测压右孔，可进行跨音三维流场的测量。本发明摒弃了传统的总温探针设计理念，没有按照温度传感器正对主流、采用滞止罩使气流滞止以实现总温测量的方法进行设计，而是基于申请人多年的研究，创造性地提出了温度传感器背对主流并在探针头部背风面侧开设六个圆形对流换热孔的布局和结构设计，有效减小了气流对温度传感器的冲刷及气流中夹杂的油滴、灰尘等对温度传感器的影响，提高了温度传感器的使用寿命；有效减小了探针头部尺寸，提高了探针空间分辨率；加强了气流与温度传感器的对流换热，使得在较大的偏转角、俯仰角范围内温度恢复系数高且稳定；并且温度传感器在测压中孔的中心轴线上，能够保证同一流线的全参数测量。最重要的是，本发明一种测量跨音三维稳态流场全参数的探针采用单根探针即可同时测量三维稳态流场的总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度及密度。

本发明提供了一种测量跨音三维稳态流场全参数的探针，要解决的技术问题是：第一，现有的探针无法同时测量跨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；第二，现有的温度探针温度传感器易损坏、寿命短的问题；第三，现有的探针尺寸大、空间分辨率差的问题；第四，现有的温度探针气流不敏感角小的问题。

本发明解决的技术方案是：