CN102455231B - 超声速发动机羽流场的压力和温度测试系统 - Google Patents

超声速发动机羽流场的压力和温度测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声速发动机羽流场压力和温度的测试系统，包括皮托压力测试单元、热电偶温度测试单元及三维电控平移台。本发明的测试系统具有很高的响应速率，可以方便快速得到羽流的压力、温度分布情况，大幅减少测试时间，压力测试单元头部为锥形，加少了测量过程中对羽流场的扰动。

Description

超声速发动机羽流场的压力和温度测试系统
技术领域
本发明专利属于测量技术领域，具体来说，本发明主要涉及一种高效、快速测量超声速发动机羽流场压力和温度的测试系统。
背景技术
卫星推力器工作在高真空下，并喷射出羽流。羽流在卫星或卫星有效载荷目标上形成沉积，从而影响卫星的性能，称之为羽流污染。羽流污染对其自身或邻近的光学元件、热控涂层和太阳电池翼表面等敏感表面产生严重影响，使其性能退化，严重时会使某个系统或元件完全失效。由于发动机羽流为超声速，其滞止温度非常高，可达到几百度，而压力传感器的稳定工作温度为0℃～80℃，普通测试系统很难满足测试要求，因此，羽流场动压参数通常通过模拟计算的方法得出。测试发动机羽流动压通常采用皮托管及压力传感器的方式，因此需要在测量羽流场动压时，皮托管必须有很好的冷却，且皮托管测压会对羽流场产生一定的影响，也需要考虑皮托管的形状、尺寸的设计。发动机羽流场参数测试时关心三维方向多点的特征参数，采用多个测试单元会使测试成本激增。如何准确、有效又能节省经费完成羽流场三维参数测试就成为急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种成本低、效率高的测试系统，以快速便捷地完成羽流场三维特征参数的测试。
本发明的技术解决方案如下：
超声速发动机羽流场压力和温度的测试系统，包括皮托压力测试单元、热电偶温度测试单元及三维电控平移台。三维电控平移台包括径向平移模块，其上设置轴向平移模块，轴向平移模块上设置高度移动模块及安装在高度移动模块上的测试单元安装台，测试单元安装台上设置有压力测试单元及温度测试单元，其中：
皮托压力测试单元包括水冷锥形压力探头及压力传感器，水冷锥形压力探头包括水平的长径外管，水平的长径外管前端部分上垂直设置有进水管以及其后端设置出水管，出水管上端部分也垂直于长径外管，并弯折90度后再向下垂直设置，水平的长径外管最前端具有锥形探头，锥形探头顶部开有采样口，采样口通过长径外管内部中央的采样管与压力传感器相连，压力传感器的感应面须与采样管相对应，压力传感器与采样管之间密封，并通过电缆线与信号放大器及信号采集系统依次连接；
温度测试单元包括热偶探头及热偶线，热偶探头通过热偶线与信号采集系统连接，除热偶探头外，热偶线全部套有绝缘耐热的陶瓷管。
其中，锥形压力探头设置有冷却其温度的循环水系统。
本发明的测试系统具有很高的响应速率，可以方便快速得到羽流的压力、温度分布情况，大幅减少测试时间，压力测试单元头部为锥形，加少了测量过程中对羽流场的扰动。
附图说明
图1显示了发动机羽流皮托压力测试单元结构示意图。
其中，11-进水管，12-长径外管，13-锥形压力探头，14-采样口，15-采样管，16-出水管，17-压力传感器，18-电缆线，19-信号放大器，110-信号采集系统。
图2是发动机羽流温度测试单元结构示意图。
其中，21-热偶探头，22-热偶线，23-陶瓷管，24-信号采集系统。
图3是三维电控平移台结构示意图。
其中，31-径向移动模块，32-轴向移动模块，33-高度移动模块，34-测试单元安装台。
具体实施方式
本发明的超声速发动机羽流场压力和温度的测试系统，包括包括皮托压力测试单元、热电偶温度测试单元及三维电控平移台。三维电控平移台包括径向平移模块，其上设置轴向平移模块，轴向平移模块上设置高度移动模块及安装在高度移动模块上的测试单元安装台，测试单元安装台上设置有压力测试单元及温度测试单元，其中图1显示了发动机羽流皮托压力测试单元结构，图2示意了本发明的羽流场压力和温度的测试系统的温度测试单元结构，图3显示了三维电控平移台结构。其中，本发明测试系统中压力测试单元包括水冷锥形压力探头结构及压力传感器17，水冷锥形压力探头结构包括水平的长径外管12，长径外管12上有前端部分上垂直设置有进水管11及其后端部分设置有出水管16，出水管16上端部分也垂直于长径外管12，并弯折90度后再向下垂直设置，水平的长径外管12最前端具有锥形压力探头13，锥形压力探头13顶部开有采样口14，采样口14通过长径外管12内部中央的采样管15与压力传感器17相连，压力传感器17的感应面须与采样管15相对应，压力传感器17与采样管15之间密封，并通过电缆线18与信号放大器19及信号采集系统110依次连接；测试时，羽流通过采样口14和采样管15作用于压力传感器17上，压力传感器17把感应到的压力信号转换为电压信号，通过电缆线18连接至信号放大器19及信号采集系统110。通过预先标定好的压力与传感器输出电压信号的关系，得到实际测试的压力值。
本方法使用的温度测试单元如图2所示，温度测试单元包括热偶探头21及热偶线22，热偶探头21通过热偶线22与信号采集系统24连接，除热偶探头21外，热偶线22全部套绝缘、耐热的陶瓷管23。测试时，羽流作用于热偶探头21上，热偶探头21把感应到的温度信号转换为电压信号，通过热偶线22连接至信号采集系统24。通过预先标定好的温度与传感器输出电压信号的关系，得到实际测试的温度值。
本方法使用的三维电控平移台如图3所示，三维电控平移台包括径向平移模块31，其上设置轴向平移模块32，轴向平移模块32上设置高度移动模块33及安装在高度移动模块上的测试单元安装台34，测试单元安装台上设置有压力测试单元及温度测试单元，径向平移模块31沿羽流径向移动，范围为0～400mm，径向平移台31底部开有两排间距50mm、直径7mm的通孔，用于固定平移台；轴向平移模块32沿羽流轴向移动，范围为0～400mm；高度移动模块33调整测试单元的高度，范围为0～40mm；测试单元安装平台34，用以固定压力测试单元及温度测试单元。为便于调整测试单元与发动机喷口的位置，将压力测试单元及温度测试单元固定于三维电控平移台的测试单元安装平台34上，通过传动装置改变测试单元的位置，可以快速得到不同位置羽流压力、温度特性参数。
测试时，首先调整测试单元与发动机喷口的位置，使其轴线在同一直线上，记录下位置，然后通过三维电控平移台3把测试单元从喷口处移开，发动机羽流稳定后，通过三维电控平移台3将测试单元将测试单元移动到预先记录的位置，进行微调，测试到最大信号，根据传感器响应信号与实际压力、温度的换算关系，得出发动机羽流中心压力、温度数值。通过传动装置把测试单元沿发动机羽流轴线方向测试，此过程测试单元实时测试，得到发动机羽流压力、温度轴向分布情况。通过传动装置使测试系统沿垂直于发动机羽流轴线方向测试，此过程测试单元实时测试，得到发动机羽流压力、温度径向分布情况。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.超声速发动机羽流场压力和温度的测试系统，包括皮托压力测试单元、热电偶温度测试单元及三维电控平移台，三维电控平移台包括径向平移模块，其上设置轴向平移模块，轴向平移模块上设置高度移动模块及安装在高度移动模块上的测试单元安装台，测试单元安装台上设置有压力测试单元及温度测试单元，其特征在于：皮托压力测试单元包括水冷锥形压力探头及压力传感器，水冷锥形压力探头包括水平的长径外管，水平的长径外管前端部分上垂直设置有进水管以及其后端设置出水管，出水管上端部分也垂直于长径外管，并弯折90度后再向下垂直设置，水平的长径外管最前端具有锥形探头，锥形探头顶部开有采样口，采样口通过长径外管内部中央的采样管与压力传感器相连，压力传感器的感应面须与采样管相对应，压力传感器与采样管之间密封，并通过电缆线与信号放大器及信号采集系统依次连接；
温度测试单元包括热偶探头及热偶线，热偶探头通过热偶线与信号采集系统连接，除热偶探头外，热偶线全部套有绝缘耐热的陶瓷管。
2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，锥形压力探头设置有冷却其温度的循环水系统。
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