一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106840594 A(43)申请公布日 2017.06.13

(21)申请号 201710126237.8(22)申请日 2017.03.06

(71)申请人 北京航空航天大学

地址 100191 北京市海淀区学院路37号(72)发明人 马宏伟　马融　(51)Int.Cl.

G01M 9/06(2006.01)G01L 23/26(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

CN 106840594 A()发明名称

一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针(57)摘要

本发明属于压力测试技术领域，公开了一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，包括探针头部、支杆，探针头部为楔顶双圆弧

探针棱柱结构，其内部封装4支动态压力传感器，

头部的背风面为圆柱后弧面，迎风面包括楔顶斜面、圆柱前弧面、对称的左侧平面和右侧平面，迎风面开有4个互不相通的压力感受孔，分别与探针头部内的4支动态压力传感器连通，4支动态压力传感器线缆通过探针支杆内通道引出探针尾部。与现有的压力探针相比，能兼顾测量亚音速和超音速三维动态流场，本发明经过校准风洞标定，能测得跨音流场的总压、静压、偏转角、俯仰角和马赫数随时间的变化，提供了一种测量跨音压气机三维非定常流场的手段。

CN 106840594 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：包括探针头部(1)、支杆(2)，所述探针头部(1)为楔顶双圆弧棱柱结构，其内部封装4支动态压力传感器，探针测量时的探针头部(1)迎风面包括楔顶双圆弧棱柱的楔顶斜面(3)、圆柱前弧面(4)、对称的左侧平面(5)和右侧平面(6)，背风面为圆柱后弧面(7)；圆柱后弧面(7)与圆柱前弧面(4)为同一圆柱的侧面，该圆柱轴线与支杆(2)的轴线重合；在探针头部(1)的楔顶斜面(3)、圆柱前弧面(4)、左侧面(5)、右侧面(6)上各开有1个压力感受孔，分别为上孔(8)、中孔(9)、左孔(10)、右孔(11)，这4个互不相通的压力感受孔，分别与探针头部(1)内的4个动态压力传感器连通。

2.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：所述的探针支杆(2)为圆柱体，其内部开有圆型管道。

3.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：所述探针头部(1)楔顶斜面(3)与支杆(2)轴线的夹角为36°至°。

4.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：压力感受孔(8)中心线、压力感受孔(9)中心线与支杆(2)轴线在同一个平面上，左侧面(5)、右侧面(6)沿该平面对称分布，左侧面(5)、右侧面(6)夹角为30°至70°。

5.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：探针头部(1)上的左孔(10)和右孔(11)沿中孔(9)中心线与上孔(8)中心线所在的平面对称分布。

6.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：所述探针头部(1)上孔(8)圆心与楔顶斜面(3)圆弧最低点距离为1毫米至5毫米。

7.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：所述探针头部(1)中孔(9)圆心与楔顶斜面(3)圆弧最低点距离为1毫米至3毫米。

8.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：所述探针头部(1)4个压力感受孔的直径为0.6毫米至1.5毫米。

9.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：探针头部(1)楔顶双圆弧棱柱结构的圆弧直径为4毫米至8毫米，棱柱结构高15毫米至50毫米。

10.根据权利要求1所述的一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：探针头部(1)内封装的4个动态压力传感器的线缆(12)通过探针支杆(2)内的管道引出探针尾部。

2

CN 106840594 A

说　明　书

1/3页

一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针

技术领域[0001]本发明属于压力测试技术领域，涉及跨音速三维非定常流场的动态压力测量装置，具体涉及一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，适用于叶轮机械进口、出口和级间跨音速三维动态流场的测试。

背景技术[0002]跨音压气机进口、出口和级间的三维流场，由于流体粘性、激波、转子的旋转、叶尖间隙的存在、动静叶片排的交错排列等，本质上是非定常的。采用常规的稳态压力探针无法测量出流场的动态特性，热线风速仪能够测量出动态速度信号，但不能测量出压力信息。对于叶轮机，研究人员更希望获得级间、转子出口的动态压力分布，用于验证设计和流场诊断，以便改进机器性能。[0003]目前由于缺乏工程实用的动态测试技术，工程上一般采用五孔压力探针等稳态测量技术，借助安装在机匣上的位移机构，带动压力探针前往被测位置，测量跨音速三维流场。稳态五孔压力探针由于其内部存在较长的引压管，形成的容腔效应阻尼掉了被测流场的动态压力信息，不能获得真实反映被测流场的总压、静压、偏转角、俯仰角和马赫数随时间的变化规律，不能测得转子出口从压力面到吸力面的参数分布。发明内容[0004]本发明要解决的技术问题是：针对目前工程上跨音压气机进口、出口和级间的三维非定常流场测量手段缺乏问题，发明一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，提供一种既能在较宽的来流方向范围内准确测量高亚音速三维非定常流场，又能兼顾有效测量超音速三维非定常流场的技术手段。[0005]本发明的技术解决方案是：[0006]一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，其特征在于：包括探针头部(1)、支杆(2)，所述探针头部(1)为楔顶双圆弧棱柱结构，其内部封装4支动态压力传感器，探针测量时的探针头部(1)迎风面包括楔顶双圆弧棱柱的楔顶斜面(3)、圆柱前弧面(4)、对称的左侧平面(5)和右侧平面(6)，背风面为圆柱后弧面(7)；圆柱后弧面(7)与圆柱前弧面(4)为同一圆柱的侧面，该圆柱轴线与支杆(2)的轴线重合；在探针头部(1)的楔顶斜面(3)、圆柱前弧面(4)、左侧面(5)、右侧面(6)上各开有1个压力感受孔，分别为上孔(8)、中孔(9)、左孔(10)、右孔(11)，这4个互不相通的压力感受孔，分别与探针头部(1)内的4个动态压力传感器连通。[0007]2、进一步，探针支杆(2)为圆柱体，其内部开有圆型管道。[0008]3、进一步，探针头部(1)楔顶斜面(3)与支杆(2)轴线的夹角为36°至°。[0009]4、进一步，压力感受孔(8)中心线、压力感受孔(9)中心线与支杆(2)轴线在同一个平面上，左侧面(5)、右侧面(6)沿该平面对称分布，左侧面(5)、右侧面(6)夹角为30°至70°。[0010]5、进一步，探针头部(1)上的左孔(10)和右孔(11)沿中孔(9)中心线与上孔(8)中

3

CN 106840594 A

说　明　书

2/3页

心线所在的平面对称分布。[0011]6、进一步，探针头部(1)的上孔(8)圆心与楔顶斜面(3)圆弧最低点的距离为1毫米至5毫米。[0012]7、进一步，探针头部(1)的中孔(9)圆心与楔顶斜面(3)圆弧最低点的距离为1毫米至3毫米。[0013]8、进一步，探针头部(1)4个压力感受孔的直径为0.6毫米至1.5毫米。[0014]9、进一步，探针头部(1)楔顶双圆弧棱柱结构的圆弧直径为4毫米至8毫米，棱柱结构高15毫米至50毫米。[0015]10、进一步，探针头部(1)内封装的4个动态压力传感器的线缆(12)通过探针支杆(2)内的管道引出探针尾部。[0016]本发明的有益效果是：[0017]与现有的压力探针相比，能兼顾测量亚音速和超音速三维动态流场，本发明经过校准风洞标定，能测得跨音流场的总压、静压、偏转角、俯仰角和马赫数随时间的变化，提供了一种测量跨音压气机三维非定常流场的手段。

附图说明[0018]图1是本发明的实施例中的测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针的结构示意图。[0019]图2是图1的左视图。[0020]图3是图2的A向视图。[0021]其中：1-探针头部，2-探针支杆，3-楔顶斜面，4-圆柱前弧面，5-左侧平面，6-右侧平面，7-圆柱后弧面，8-上孔，9-中孔，10-左孔，11-右孔，12-线缆。具体实施方式[0022]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细阐述。[0023]如图1所示，本实施例中介绍了一种测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，包括探针头部(1)和支杆(2)，探针头部(1)为楔顶双圆弧棱柱结构，外接圆直径为6毫米，探针头部(1)高30毫米，其内部封装4支动态压力传感器，探针测量时的探针头部(1)迎风面包括楔顶双圆弧棱柱的楔顶斜面(3)、圆柱前弧面(4)、对称的左侧平面(5)和右侧平面(6)，背风面为圆柱后弧面(7)；圆柱后弧面(7)与圆柱前弧面(4)为同一圆柱的侧面，该圆柱轴线与支杆(2)的轴线重合；在探针头部(1)的楔顶斜面(3)、圆柱前弧面(4)、左侧面(5)、右侧面(6)上各开有1个压力感受孔，分别为上孔(8)、中孔(9)、左孔(10)、右孔(11)，这4个互不相通的压力感受孔，分别与探针头部(1)内的4个动态压力传感器连通。[0024]探针支杆(2)为圆柱体，直径8毫米，其内部开有圆型通道，直径5毫米。[0025]探针头部(1)楔顶斜面(3)与支杆(2)轴线的夹角为40°。[0026]压力感受孔(8)中心线、压力感受孔(9)中心线与支杆(2)轴线在同一个平面上，左侧面(5)、右侧面(6)沿该平面对称分布，左侧面(5)、右侧面(6)夹角为40°。[0027]探针头部(1)上的左孔(10)和右孔(11)沿中孔(9)中心线与上孔(8)中心线所在的平面对称分布。左孔(10)、右孔(11)和中孔(9)的圆心在同一平面上，左孔(10)圆心与圆柱

4

CN 106840594 A

说　明　书

3/3页

前弧面(4)左边的距离为3毫米，右孔(11)圆心与圆柱前弧面(4)右边的距离为3毫米。[0028]探针头部(1)的上孔(8)圆心与楔顶斜面(3)圆弧最低点的距离为2毫米。[0029]探针头部(1)的中孔(9)圆心与楔顶斜面(3)圆弧最低点的距离为2毫米。[0030]探针头部(1)4个压力感受孔的直径为0.6毫米。[0031]探针头部(1)内封装的4个动态压力传感器的线缆(12)通过探针支杆(2)内的管道引出探针尾部。[0032]本发明实施例中介绍的测量跨音速三维非定常流场的四孔动态压力探针，经过跨音速校准风洞标定，可以获得标定数据。实际测量跨音速三维非定常流场时，该四孔动态压力探针的4支动态压力传感器同时测得各自感受到的非定常压力数据，利用获得的跨音速校准风洞标定数据，进行数据处理，可以获得跨音三维非定常来流的总压、静压、偏转角、俯仰角和马赫数随时间的变化。

5

CN 106840594 A

说　明　书　附　图

1/2页

图1

6

CN 106840594 A

说　明　书　附　图

2/2页

图2

图3

7