CN115435929B - 一种高频总温、总压探针 - Google Patents
一种高频总温、总压探针 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115435929B CN115435929B CN202210904137.4A CN202210904137A CN115435929B CN 115435929 B CN115435929 B CN 115435929B CN 202210904137 A CN202210904137 A CN 202210904137A CN 115435929 B CN115435929 B CN 115435929B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- probe
- head
- diameter
- pressure
- hot wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 272
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 33
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 8
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/02—Details or accessories of testing apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
本发明属于亚音速流场参数测试技术领域，具体涉及一种高频总温、总压探针，包括探针头部、音速喷管、热线、探针支杆、真空泵接嘴、压力传感器，探针头部呈“L”形圆柱结构，内部开有圆形通道和头部通道，音速喷管与头部通道连通并位于其中间，音速喷管周围分布两根叉杆，叉杆通过探针头部通孔与热线线缆相连，两根叉杆间焊有一条热线，压力传感器位于探针头部与帽罩正下方，接近探针支杆尾部有一真空泵接嘴，背对喷管的探针支杆背风侧为探针后盖，本发明经过校准风洞及温度标定箱标定，可以同时测量动态流场的总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角等参数，测试频率超过50kHz，为改进压气机性能提供实测数据依据。
Description
技术领域
本发明属于流场测试技术领域，具体涉及一种高频总温、总压探针，适用于测量流场中总温、总压，随时间的变化，探针频响可达50kHz以上。
背景技术
在航空发动机试验中，准确测量压气机和涡轮级间流动的气动性能参数仍然是一个重要的工程问题，对流场中温度、压力随时间的变化的获取更是尤其关键的，获取温度压力的动态变化对提高压气机、风扇的性能以及航空发动机的稳定性具有重要的作用。
目前常采用热电偶、热电阻来获得流场的动态温度，采用高频动态压力探针来测量流场的动态压力，使用多孔压力探针测量气流的方向。现有的动态压力传感器频响可以满足压气机/涡轮级间的测量要求，而现有的温度传感器的频响低，即使频响最高的细丝热电偶温度传感器也与10kHz相差两个量级，使用传统的温度传感器测量压气机/涡轮级间的非定常温度场是非常困难的。
此外，要获得流场的动态温度、压力，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，采用多跟探针组合测量的方式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，但现有的温度压力组合探针其温度传感器存在上述温度探针缺点。
双丝吸气式热线通过总温和其他参数的关系式，进行耦合求解总温，是测量高频温度测量***频响的有效尝试，原理是将恒温式热线放置在音速喷管前，热线所在电桥输出电压的平方和流体的总温总压存在关系：
如果两根热线在不同的工作温度Tw下，同时测得的两个电压值就可以推导出总温Tt和总压Pt。
北京航空航天大学的王洪伟等人改进了双丝吸气式探针测量流场动态总温、总压的结构设计，采用单热膜技术，设计了一种吸气式的动态温度受感部。
吸气式热线与动态压力传感器组合探针通过总温和其他参数的关系式获取总温，这种测量手段也是提高动态温度测量频率的有效尝试。其原理是将一根热线放在音速喷管前，通过吸气使得喷管达到拥塞状态，以此获得热线所在电桥输出电压与气流总温总压之间的关系式如上，再通过高频压力传感器获取气流动态总压，由此推导出气流的总温。
现有的吸气式热线/热膜探针，以及与动态压力传感器的组合探针，尽管可以同时测量当地总温总压的波动，但存在一些缺陷。第一，上述探针都是按照正对主流的要求设计，但是又无法测量气流的俯仰角、偏转角，因此很难保证探针正对来流，进而对测量结果造成影响。第二，上述已有探针不敏感角较小，当所测流场的偏转角超过20°时，测量结果会产生非常大的误差。第三，热线放置在探头内部，热线感受到的流场参数可能有别于与真实流场，尤其对于高频响的动态测量来说。第四，上述探针的频响有限，无法捕获更高频的信号。
因此，为实现亚音动态流场总温、总压的精确测量，急需发展一种测量亚音动态流场总温、总压的探针，以准确测量总温、总压等参数的动态变化。
发明内容
本发明的一种高频总温、总压探针，探针头部为“L”圆柱结构，圆柱内为圆形管道，探针头部水平段开有头部通道和音速喷管，探针头部及帽罩部分开有两个通孔，通孔处***两根叉杆，在探针头部与帽罩连接处水平焊接一条热线，或不需要帽罩，直接在探针头部迎风侧外竖直焊接一条热线，背对喷管的探针头部背风侧为一探针后盖，探针头部正下方固定一压力传感器，接近探针支杆尾部有一真空泵接嘴与圆形管道相连，探针支杆尾部连接一航空插头。其测量总温的原理与吸气式热线与动态压力传感器组合探针相同。在使用时，将真空泵接嘴连接真空泵抽气，使得喷嘴背压低于来流总压，音速喷管吼道处达到声速，整个喷管达到壅塞状态。此时，热线电压仅为来流总温总压的函数，与气流速度无关，同时结合压力传感器获得来流总压参数，推导出气流总温。
在此基础上，本发明还可以测量来流俯仰角、偏转角、静压，同时计算出来流静温、速度、密度以及熵。其原理是，对于无限长的热线来说，其对角度的敏感性可以描述为：
Veff＝V cos α1
其中，Veff为热线感受到的有效冷却速度，而α1就是探针的俯仰角，如图6所示。对于本发明来说，2l/d≥500，实际使用时，可看作无限长热线。测量俯仰角时，不对探针进行抽气，然后调整探针俯仰角度，当热线电压达到最大时，即热线感受到的有效冷却速度最大时，俯仰角为零。同时，通过压力感受孔以及压力传感器可以测量出气流的总压、静压以及偏转角，其原理与单孔压力探针测量原理相同。由所测量的总温、总压、静压、俯仰角、偏转角等参数，可以推导出静温、速度、密度和熵等气流参数。
因此，本发明在使用时，可以不对探针进行抽气，先测量流场的偏转角，俯仰角，待气流方向或者气流方向变化规律确定后，转动探针使其与来流垂直，可以获得来流的静压，再转动探针使其正对来流，进而采用抽气的方式来测量流场的动态总温和总压。当有帽罩时，热线焊接在探针头部与帽罩连接处，不易被来流吹断，当没有帽罩时，热线直接位于探针头部迎风侧，热线最先感受到来流的变化，流场信息不失真，不会受到探针本身的影响。音速喷管型线使用维多辛斯基曲线，喷管流动更加均匀，不会影响热线平面处的流动。热线可以使用5μm的镀金钨丝，搭配最新的CTA(恒温热线风速仪)模块，可以使频响达到50kHz以上。
本发明提供了一种测量亚音动态流场的高频总温总压探针，要解决的技术问题是：第一，解决了原有吸气式探针角度敏感性有限的问题。第二，对于热线直接焊接在探针头部的情况，解决了放在探头内部的热线感受到的流场参数有别于真实流场的问题；对于热线焊接在探针头部与帽罩连接处的情况，解决了探针放在探头外部易被来流吹断的情况。第三，解决了探针频响低的问题。第四，现有的探针无法同时测量亚音动态流场总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度和熵的问题。
本发明解决的技术方案是：
1、一种高频总温、总压探针，由探针头部(1)、帽罩(2)、音速喷管(3)、探针头部通孔(4)、热线(5)、叉杆(6)、热线线缆(7)、探针后盖(8)、探针支杆(9)、圆形管道(10)、头部通道(11)、绝缘胶(12)、真空泵接嘴(13)、航空插头(14)、压力探头(15)、压力传感器(16)、压力传感器线缆(17)组成，其特征在于：探针头部(1)为“L”形圆柱结构，探针头部(1)正对来流方向开设2个通孔(4)，音速喷管(3)周围分布两根叉杆(6)，两根叉杆(6)之间焊有一条热线(5)，热线(5)位于探针头部(1)与帽罩(2)连接处，或者直接位于探针头部(1)迎风侧外部，而不需要帽罩(2)，叉杆(6)通过探针头部通孔(4)与热线线缆(7)相连，热线线缆(7)由探针支杆(9)尾部连接的航空插头(14)引出，背对喷管的探针支杆(9)背风侧为探针后盖(8)，接近探针支杆尾部有一真空泵接嘴(13)，压力探头(15)位于探针头部(1)正下方，内部装有压力传感器(16)，压力传感器线缆(17)由压力传感器(16)尾部背风侧引出；
2、探针头部(1)为“L”形圆柱结构，其中竖直段的直径为2～8毫米，长度为10～45毫米，水平段的直径为2～8毫米，长度为2～20毫米，探针头部(1)竖直段开有圆形管道(10)，圆形管道的直径为1～7毫米，探针头部(1)水平段开有头部通道(11)，头部通道(11)直径与音速喷管(3)进口直径相同，直径范围为0.5毫米至9毫米，其长度为其直径的1～4倍，圆形管道(10)与探针支杆(9)连通，探针头部(1)背风侧开设探针后盖(8)，其横截面为扇环，扇环圆心角为45°～90°，后盖的长为2～8毫米，后盖沿圆柱轴向顶端距探针头部顶端为1～4毫米；
3、帽罩(2)背风侧直径与探针头部水平段(1)直径相同，长度为1～10毫米，其与探针头部(1)通过焊接或胶粘方式连接，帽罩内部开设进气通道，进气通道迎风侧形线为伯努利双纽线，背风侧为头部通道(11)；
4、音速喷管(3)形线为维多辛斯基曲线，进口直径范围为0.5毫米至9毫米；
5、热线(5)的直径为1微米至30微米，长度为0.8～5毫米，竖直放置焊接，热线(5)材料为钨丝、铂丝或者镀金钨丝；
6、叉杆(6)呈锥形，其头部正对来流方向，直径为0.1毫米至0.3毫米，叉杆(6)头部露出探针的长度为0.1毫米至1毫米，叉杆(6)穿过探针头部通孔(4)与热线线缆(7)连接，在探针头部(1)与帽罩(2)连接处焊接热线(5)，不需要帽罩时，直接焊接于探针头部(1)迎风侧外部，叉杆(6)材料为不锈钢，绝缘胶实现叉杆(6)与探针头部(1)的绝缘和固定；
7、探针支杆(9)为圆柱体，直径为2毫米～12毫米，其尾部通道航空插头(14)密封，与航空插头(14)通过螺纹连接；
8、真空泵接嘴(13)与圆形管道(10)相连，真空泵接嘴(13)管外径为1～4毫米，内径为0.5～3.5毫米，热线线缆(7)穿过圆形管道(10)与航空插头(14)相连，航空插头(14)下方螺纹直径为1～6毫米；
9、压力探头(15)直径1.5～6毫米，通过焊接或胶粘方式固定于探针头部(1)与帽罩(2)正下方；压力探头(15)内为压力传感器(16)，压力传感器直径1～5毫米，压力传感器线缆(17)由压力探头(15)背风侧引出并依次紧贴探针支杆(9)背风侧引线；
10、本发明的使用过程为：先测量俯仰角，这时不对探针进行抽气，然后调整探针俯仰角，当热线电压达到最大时，此时探针轴线与来流垂直，当有帽罩时，省略这一步。然后通过压力传感器测量气流总压、静压、偏转角。待气流方向或者气流方向变化规律确定后，再转动探针使热线、音速喷管以及压力传感器正对来流，进而采用抽气的方式来进行测量，通过压力传感器的校准系数及热线的标定空间，就可以得到流场的动态总温和总压，进而可以计算得到流场的马赫数、静温、速度、密度、熵。
本发明一种高频总温、总压探针，具有以下有益效果：
有益效果一：本发明可测量偏转角。在没有帽罩时，还可测量俯仰角，使用时，先测量流场的偏转角，待其气流方向或者气流方向变化规律确定后，转动探针使热线和音速喷管正对来流，接着测量流场的动态总温和总压，工程应用更加广泛。
有益效果二：本发明不存在不敏感角小的问题，探针本身可以获取偏转角的变化，可以测量大角度的流场总温、总压和熵的变化。
有益效果三：本发明使用热线的直径范围更小，热线的热惯性小，探针频响高，可达50kHz。。
有益效果四：探针为“L”型圆柱结构，减小了探针支杆对测量结果的影响，且其尺寸小，对被测流场的干扰小，提高了探针的空间分辨率。
有益效果五：叉杆穿过探针头部管壁，并以绝缘胶实现叉杆与探针头部的固定和绝缘，探针结构更加简单，并且绝缘性和密封性好。探针支杆与航空插座通过螺纹连接，密封性好，防止漏气，工作稳定。
有益效果六：音速喷管使用维多辛斯基曲线，喷管流动更加均匀，对热线造成的干扰小。
有益效果七：当有帽罩时，热线焊接在探针头部与帽罩连接处，不易被来流吹断；当没有帽罩时，热线直接位于探针头部迎风侧外部，热线最先感受到来流的变化，流场信息不失真，不会受到探针本身的影响。
附图说明
图1是本发明有帽罩探针的结构示意图。
图2是图1的右视图。
图3是图1的左视图。
图4是图1的A向视图。
图5是图1的B向视图。
其中：1-探针头部、2-帽罩、3-音速喷管、4-探针头部通孔、5-热线、6-叉杆、7-热线线缆、8-探针后盖、9-探针支杆、10-圆形管道、11-头部通道、12-绝缘胶、13-真空泵接嘴、14-航空插头、15-压力探头、16-压力传感器、17-压力传感器线缆。
图6是本发明无帽罩探针的结构示意图。
图7是图6的右视图。
图8是图6的左视图。
图9是图6的A向视图。
其中：1-探针头部、2-音速喷管、3-探针头部通孔、4-热线、5-叉杆、6-热线线缆、7-探针后盖、8-探针支杆、9-圆形管道、10-头部通道、11-绝缘胶、12-真空泵接嘴、13-航空插头、14-压力探头、15-压力传感器、16-压力传感器线缆。
图10是热线感受到的速度分量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一：
如图1所示，一种高频总温、总压探针，由探针头部(1)、帽罩(2)、音速喷管(3)、探针头部通孔(4)、热线(5)、叉杆(6)、热线线缆(7)、探针后盖(8)、探针支杆(9)、圆形管道(10)、头部通道(11)、绝缘胶(12)、真空泵接嘴(13)、航空插头(14)、压力探头(15)、压力传感器(16)、压力传感器线缆(17)组成，其特征在于：探针头部(1)为“L”形圆柱结构，探针头部(1)正对来流方向开设2个通孔(4)，音速喷管(3)周围分布两根叉杆(6)，叉杆(6)通过探针头部通孔(4)伸出，两根叉杆(6)之间焊有一条热线(5)，叉杆(6)通过探针头部通孔(4)与热线线缆(7)相连，热线线缆(7)由探针支杆(9)尾部连接的航空插头(14)引出，背对喷管的探针支杆(9)背风侧为探针后盖(8)，接近探针支杆尾部有一真空泵接嘴(13)，压力探头(15)位于探针头部(1)正下方，内部装有压力传感器(16)，压力传感器线缆(17)由压力传感器(16)尾部背风侧引出；
探针头部(1)为“L”形圆柱结构，其中竖直段的直径为5毫米，长度为20毫米，水平段的直径为5.2毫米，长度为3.4毫米，探针头部(1)竖直段开有圆形管道(10)，圆形管道的直径为4毫米，探针头部(1)水平段开有头部通道(11)，头部通道(11)直径与音速喷管(3)进口直径相同，其长度为其直径的3倍，探圆形管道(10)与探针支杆(9)连通，探针头部(1)背风侧开设探针后盖(8)，其横截面为扇环，扇环圆心角为74°，后盖的长为4毫米，后盖沿圆柱轴向顶端距探针头部顶端为1毫米；
帽罩(2)背风侧直径与探针头部水平段(1)直径相同，长度为1.8毫米，其与探针头部(1)通过焊接或胶粘方式连接，帽罩内部开设进气通道，进气通道迎风侧形线为伯努利双纽线，背风侧为头部通道(11)；
音速喷管(3)形线为维多辛斯基曲线，进口直径为1.5毫米；
热线(5)的直径为10微米，长度为3.4毫米，竖直放置焊接，材料为钨丝、铂丝或者镀金钨丝；
叉杆(6)呈锥形，其头部正对来流方向，直径为0.2毫米，叉杆(6)头部露出探针的长度为0.3毫米，内部穿过探针头部通孔(4)与热线线缆(7)连接，在探针头部(1)与帽罩(2)连接处焊接热线(5)，叉杆(6)材料为不锈钢，绝缘胶实现叉杆(6)与探针头部(1)的固定和绝缘；
探针支杆(9)为圆柱体，直径为8毫米，其尾部通道航空插头(14)密封，与航空插头(14)通过螺纹连接；
真空泵接嘴(13)与圆形管道(10)相连，真空泵接嘴(13)管外径为3毫米，内径为2.4毫米，热线线缆(7)穿过圆形管道(10)与航空插头(14)相连，航空插头(14)下方螺纹直径为2毫米。
压力探头(15)直径3毫米，通过焊接方式固定于探针头部(1)与帽罩(2)正下方；压力探头(15)内为压力传感器(16)，压力传感器直径1.8毫米，压力传感器线缆(17)由压力探头(15)背风侧引出并依次紧贴探针支杆(9)背风侧引线。
本发明的使用过程为：先进行偏转角、静压的测量，此时不对探针进行抽气，通过压力传感器测量气流的偏转角，待气流方向或者气流方向变化规律确定后，转动探针使其与来流方向垂直，可以获得来流的静压。之后再转动探针使热线、音速喷管以及压力传感器正对来流，进而采用抽气的方式来进行测量，通过压力传感器的校准系数及热线的标定空间，就可以得到流场的动态总温和总压，进而可以计算得到流场的马赫数、静温、速度、密度、熵。
本发明一种测量级间动态流场的高频总温、总压探针。具体使用方法如下：
使用前需对本发明探针分别进行压力传感器和热线的校准。其中，压力传感器在校准风洞中进行标定，确定其校准曲线，得到其偏转角系数、总压系数和静压系数随偏转角变化的曲线；热线在温度压力标定箱中进行校准，即分别在不同温度压力下进行抽气，经校准确定本发明热线电压随温度、压力的变化。
使用时将本发明探针***被测流场，开始使用时，先不进行抽气，使用压力传感器进行气流偏转角的测量，待气流方向或者气流方向变化规律确定后，转动探针使其与来流方向垂直，进行流场的静压测量，获得静压的动态变化，再转动探针，使其正对来流并进行抽气，通过压力传感器获得流场的动态总压，通过热线获得其电压随时间的变化，根据已知的校准曲线，将总压的数值带入求解，就可以获得总温。再结合如下公式，就可以获得流场的马赫数、静温、速度、密度，熵。
c2＝γRTs
其中，Pt和Ps是流场的总压和静压，Tt和Ts是流场的总温和静温，下表1、2分别表示该参数来自于不同时刻，γ是流场的绝热指数，Ma是流场的马赫数，v是流场的速度，ρ是密度，c是流场的当地声速，R是气体常数。
本发明探针可以测量亚音流场总温、总压、静温、静压、偏转角、马赫数、速度、熵的动态变化，即级间二维全参数。
实施例二：
如图6所示，一种高频总温、总压探针，由探针头部(1)、音速喷管(2)、探针头部通孔(3)、热线(4)、叉杆(5)、热线线缆(6)、探针后盖(7)、探针支杆(8)、圆形管道(9)、头部通道(10)、绝缘胶(11)、真空泵接嘴(12)、航空插头(13)、压力探头(14)、压力传感器(15)、压力传感器线缆(16)组成，其特征在于：探针头部(1)为“L”形圆柱结构，探针头部(1)正对来流方向开设2个通孔(3)，音速喷管(2)周围分布两根叉杆(5)，叉杆(5)通过探针头部通孔(3)伸出，两根叉杆(5)之间焊有一条热线(4)，叉杆(5)通过探针头部通孔(3)与热线线缆(6)相连，热线线缆(6)由探针支杆(8)尾部连接的航空插头(13)引出，背对喷管的探针支杆(8)背风侧为探针后盖(7)，接近探针支杆尾部有一真空泵接嘴(12)，压力探头(14)位于探针头部(1)正下方，内部装有压力传感器(15)，压力传感器线缆(16)由压力传感器(15)尾部背风侧引出；
探针头部(1)为“L”形圆柱结构，其中竖直段的直径为5毫米，长度为20毫米，水平段的直径为5.2毫米，长度为3.4毫米，探针头部(1)竖直段开有圆形管道(9)，圆形管道的直径为4毫米，探针头部(1)水平段开有头部通道(10)，头部通道(10)直径与音速喷管(2)进口直径相同，其长度为其直径的2.5倍，探圆形管道(9)与探针支杆(8)连通，探针头部(1)背风侧开设探针后盖(7)，其横截面为扇环，扇环圆心角为74°，后盖的长为4毫米，后盖沿圆柱轴向顶端距探针头部顶端为1毫米；
音速喷管(2)形线为维多辛斯基曲线，进口直径为1.5毫米；
热线(4)的直径为10微米，长度为3.4毫米，竖直放置焊接，材料为钨丝、铂丝或者镀金钨丝；
叉杆(5)呈锥形，其头部正对来流方向，直径为0.2毫米，叉杆(5)头部露出探针的长度为0.3毫米，内部穿过探针头部通孔(3)与热线线缆(6)连接，在探针头部(1)焊接热线(4)，叉杆(5)材料为不锈钢，绝缘胶实现叉杆(5)与探针头部(1)的固定和绝缘；
探针支杆(8)为圆柱体，直径为8毫米，其尾部通道航空插头(13)密封，与航空插头(13)通过螺纹连接；
真空泵接嘴(12)与圆形管道(9)相连，真空泵接嘴(12)管外径为3毫米，内径为2.4毫米，热线线缆(6)穿过圆形管道(9)与航空插头(13)相连，航空插头(13)下方螺纹直径为2毫米。
压力探头(14)直径3毫米，通过焊接方式固定于探针头部(1)正下方；压力探头(14)内为压力传感器(15)，压力传感器直径1.8毫米，压力传感器线缆(16)由压力探头(14)背风侧引出并依次紧贴探针支杆(8)背风侧引线。
本发明的使用过程为：先测量俯仰角，这时不对探针进行抽气，然后调整探针俯仰角，当热线电压达到最大时，此时探针轴线与来流垂直。然后通过压力传感器测量气流总压、静压、偏转角。确定了气流方向或者其变化规律以后，再转动探针使热线、音速喷管以及压力传感器正对来流，进而采用抽气的方式来进行测量，通过压力传感器的校准系数及热线的标定空间，就可以得到流场的动态总温和总压，进而可以计算得到流场的马赫数、静温、速度、密度、熵。
本发明一种测量级间动态流场的高频总温、总压探针。具体使用方法如下：
使用前需对本发明探针分别进行压力传感器和热线的校准。其中，压力传感器在校准风洞中进行标定，其过程类似于单孔压力探针的校准过程，通过转动探针头部，压力感受孔相当于一个三孔压力探针，压力感受孔在各自的物理空间感受到来自同一流线的流场信息，组合求解，获得该测量点流场的总压、静压、偏转角的校准曲线；热线在温度压力标定箱中进行校准，即分别在不同温度压力下进行抽气，经校准确定本发明探针热线电压随温度、压力的变化。
使用时将本发明探针***被测流场，开始使用时，先不进行抽气，使用位移机构使探针旋转，使热线感受来流的速度变化，确定来流的俯仰角，使用压力传感器进行气流偏转角的测量，确定气流方向或者气流方向变化规律，转动探针使其与来流方向垂直，进行流场的静压测量，获得静压的动态变化，再转动探针，使其正对来流并进行抽气，通过压力传感器获得流场的动态总压，通过热线获得其电压随时间的变化，根据已知的校准曲线，将总压的数值带入求解，就可以获得总温。再结合如下公式，就可以获得流场的马赫数、静温、速度、密度，熵。
c2＝γRTs
其中，Pt和Ps是流场的总压和静压，Tt和Ts是流场的总温和静温，下表1、2分别表示该参数来自于不同时刻，γ是流场的绝热指数，Ma是流场的马赫数，v是流场的速度，ρ是密度，c是流场的当地声速，R是气体常数。
本发明探针可以测量亚音流场总温、总压、静温、静压、偏转角、俯仰角、马赫数、速度、熵的动态变化，即可以测量级间三维全参数。
Claims (1)
1.一种高频总温、总压探针，由探针头部(1)、帽罩(2)、音速喷管(3)、探针头部通孔(4)、热线(5)、叉杆(6)、热线线缆(7)、探针后盖(8)、探针支杆(9)、圆形管道(10)、头部通道(11)、绝缘胶(12)、真空泵接嘴(13)、航空插头(14)、压力探头(15)、压力传感器(16)、压力传感器线缆(17)组成，其特征在于：探针头部(1)为“L”形圆柱结构，探针头部(1)正对来流方向开设2个通孔(4)，音速喷管(3)周围分布两根叉杆(6)，两根叉杆(6)之间焊有一条热线(5)，热线(5)位于探针头部(1)与帽罩(2)连接处，叉杆(6)通过探针头部通孔(4)与热线线缆(7)相连，热线线缆(7)由探针支杆(9)尾部连接的航空插头(14)引出，背对喷管的探针支杆(9)背风侧为探针后盖(8)，接近探针支杆尾部有一真空泵接嘴(13)，压力探头(15)位于探针头部(1)正下方，内部装有压力传感器(16)，压力传感器线缆(17)由压力传感器(16)尾部背风侧引出；
探针头部(1)为“L”形圆柱结构，其中竖直段的直径为2～8毫米，长度为10～45毫米，水平段的直径为2～8毫米，长度为2～20毫米，探针头部(1)竖直段开有圆形管道(10)，圆形管道的直径为1～7毫米，探针头部(1)水平段开有头部通道(11)，头部通道(11)直径与音速喷管(3)进口直径相同，直径范围为0.5毫米至9毫米，其长度为其直径的1～4倍，圆形管道(10)与探针支杆(9)连通，探针头部(1)背风侧开设探针后盖(8)，其横截面为扇环，扇环圆心角为45°～90°，后盖的长为2～8毫米，后盖沿圆柱轴向顶端距探针头部顶端为1～4毫米；
帽罩(2)背风侧直径与探针头部(1)水平段直径相同，长度为1～10毫米，其与探针头部(1)通过焊接或胶粘方式连接，帽罩内部开设进气通道，进气通道迎风侧形线为伯努利双纽线，背风侧为头部通道(11)；
音速喷管(3)形线为维多辛斯基曲线，进口直径范围为0.5毫米至9毫米；
热线(5)的直径为1微米至30微米，长度为0.8～5毫米，竖直放置焊接，热线(5)材料为钨丝、铂丝或者镀金钨丝；
叉杆(6)呈锥形，其头部正对来流方向，直径为0.1毫米至0.3毫米，叉杆(6)头部露出探针的长度为0.1毫米至1毫米，叉杆(6)穿过探针头部通孔(4)与热线线缆(7)连接，在探针头部(1)与帽罩(2)连接处焊接热线(5)，叉杆(6)材料为不锈钢，绝缘胶实现叉杆(6)与探针头部(1)的绝缘和固定；
探针支杆(9)为圆柱体，直径为2毫米～12毫米，其尾部通道航空插头(14)密封，与航空插头(14)通过螺纹连接；
真空泵接嘴(13)与圆形管道(10)相连，真空泵接嘴(13)管外径为1～4毫米，内径为0.5～3.5毫米，热线线缆(7)穿过圆形管道(10)与航空插头(14)相连，航空插头(14)下方螺纹直径为1～6毫米；
压力探头(15)直径1.5～6毫米，通过焊接或胶粘方式固定于探针头部(1)与帽罩(2)正下方；压力探头(15)内为压力传感器(16)，压力传感器直径1～5毫米，压力传感器线缆(17)由压力探头(15)背风侧引出并依次紧贴探针支杆(9)背风侧引线；
本发明的使用过程为：通过压力传感器测量气流总压、静压、偏转角；待气流方向或者气流方向变化规律确定后，再转动探针使热线、音速喷管以及压力传感器正对来流，进而采用抽气的方式来进行测量，通过压力传感器的校准系数及热线的标定空间，就可以得到流场的动态总温和总压，进而可以计算得到流场的马赫数、静温、速度、密度、熵。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210904137.4A CN115435929B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种高频总温、总压探针 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210904137.4A CN115435929B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种高频总温、总压探针 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115435929A CN115435929A (zh) | 2022-12-06 |
| CN115435929B true CN115435929B (zh) | 2024-05-21 |
Family
ID=84241922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210904137.4A Active CN115435929B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种高频总温、总压探针 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115435929B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115901074B (zh) * | 2022-12-13 | 2024-06-04 | 重庆大学 | 一种用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置 |
| CN116275763B (zh) * | 2023-05-22 | 2023-08-18 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种热线风速仪一维探头热丝焊接方法及装置 |
| CN117761264B (zh) * | 2024-02-22 | 2024-06-04 | 成都凯天电子股份有限公司 | 一种基于总温测量技术的液态水含量探测器及探测方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06258211A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Kobe Steel Ltd | 拡散係数の測定方法 |
| JP2002062272A (ja) * | 2000-08-22 | 2002-02-28 | Univ Nagoya | 気体の濃度及び速度の同時測定法、及び測定用プローブ |
| KR200367363Y1 (ko) * | 2004-08-18 | 2004-11-10 | 조 원 장 | 3차원 유동 측정이 가능한 9공 압력프로브 |
| CN106840271A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 北京航空航天大学 | 一种带温度修正的测量流体总压、速度的组合动态探针 |
| CN111076940A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-04-28 | 北京航空航天大学 | 一种测量亚音三维流场动态全参数的棱台五孔探针 |
| CN214366549U (zh) * | 2021-02-26 | 2021-10-08 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种风机轮毂中心恒流式热线风速感测*** |
-
2022
- 2022-07-29 CN CN202210904137.4A patent/CN115435929B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06258211A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Kobe Steel Ltd | 拡散係数の測定方法 |
| JP2002062272A (ja) * | 2000-08-22 | 2002-02-28 | Univ Nagoya | 気体の濃度及び速度の同時測定法、及び測定用プローブ |
| KR200367363Y1 (ko) * | 2004-08-18 | 2004-11-10 | 조 원 장 | 3차원 유동 측정이 가능한 9공 압력프로브 |
| CN106840271A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 北京航空航天大学 | 一种带温度修正的测量流体总压、速度的组合动态探针 |
| CN111076940A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-04-28 | 北京航空航天大学 | 一种测量亚音三维流场动态全参数的棱台五孔探针 |
| CN214366549U (zh) * | 2021-02-26 | 2021-10-08 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种风机轮毂中心恒流式热线风速感测*** |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 一种测量跨声速多级压气机转子出口二维流场的方法;马宏伟;贺象;单晓明;姚峥嵘;;推进技术;20130615(第06期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115435929A (zh) | 2022-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115435929B (zh) | 一种高频总温、总压探针 | |
| WO2021174681A1 (zh) | 一种复合型五孔压力-温度探针 | |
| CN104048808B (zh) | 一种动态熵探针 | |
| CN212254182U (zh) | 一种复合型压力-温度探针 | |
| CN108195510A (zh) | 一种热膜式剪应力传感器的热风洞校准方法 | |
| CN111551215A (zh) | 一种复合型压力-温度探针及其气流速度计算方法 | |
| CN106840271B (zh) | 一种带温度修正的测量流体总压、速度的组合动态探针 | |
| CN107356288B (zh) | 一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置 | |
| CN208534819U (zh) | 用于风扇气动性能测试的装置 | |
| CN115435931B (zh) | 一种能测量级间气流方向的高频熵探针 | |
| CN113551868A (zh) | 一种测量风扇转静间轮毂三维动态附面层探针 | |
| CN115436656B (zh) | 一种测量压气机级间二维速度场的“八”字型热线探针 | |
| CN111089704A (zh) | 一种测量跨音三维稳态流场全参数的探针 | |
| CN218331614U (zh) | 一种测量压气机级间二维速度场的“八”字型热线探针 | |
| CN111089703A (zh) | 一种测量轮毂外壁附面层二维稳态流场的全参数探针 | |
| CN115435930B (zh) | 一种测量级间三维全参数高频探针的使用方法 | |
| CN218822484U (zh) | 一种测量级间三维全参数高频探针 | |
| CN107014434B (zh) | 一种测量高亚音三维流场的锥头稳态温度压力组合探针 | |
| CN114910120B (zh) | 一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法 | |
| CN106871968B (zh) | 一种测量亚音速流场多点总温总压八孔探针 | |
| CN206292249U (zh) | 一种热式风速传感单元及传感器 | |
| CN212082824U (zh) | 一种测量跨音三维稳态流场全参数的探针 | |
| CN212082473U (zh) | 一种矩阵式流量计 | |
| CN209372890U (zh) | 一种皮托管 | |
| CN212082771U (zh) | 一种测量轮毂外壁附面层二维稳态流场的全参数探针 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |