CN102692310A - 一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙 - Google Patents
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Abstract
一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙，多个连接杆分布在支撑台的前缘顶端，在所述各连接杆上均固定有三孔探针。三孔探针上的圆锥顶端有总压孔，在该三孔探针的圆锥面上对称分布有两个静压孔。所述总压孔的中心线与两个静压孔的中心线处于同一水平面上。本发明中，通过各探针上的一个总压孔和两个静压孔得到各三孔探针处的实际总压、静压和气流偏角。进而结合流体密度的测量得到各三孔探针处沿风洞轴线方向和风洞高度中心的水平面内的两个速度分量u和v。通过得到的上述静压分布和两个速度分量u与v在各三孔探针处的分布，利用动量原理得到翼型的阻力，能够同时捕捉尾流各点的二维速度和速度偏角，适合于升力较大、尾迹气流向下翼面偏斜较大的情况。
Description
技术领域
本发明涉及翼型气动性能风洞试验技术，具体是一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙。
背景技术
与本发明相关的技术是翼型风洞试验动量法阻力测量技术（见王铁城编《空气动力学试验技术》，国防工业出版社，1986，6-5节动量法实验）。测量机构为总、静压测量尾耙，一般由数十或数百个总压探头、数个静压探头、支撑结构以及测压管组成，安装在翼型风洞试验模型后，能测量出翼型模型后一定距离（一般为0.5～1.2倍翼型模型弦长）、沿垂直于来流方向和翼型模型展向的直线的气流总压和静压分布，并以此计算翼型模型的阻力和翼型的阻力系数。但是，该方法仅适合于翼型模型所受升力较小、尾迹气流向下翼面方向偏斜较小和流动无大分离的情况。本发明用三孔探针代替原测量机构的总压探头和静压探头，能测量出翼型模型后一定距离、沿垂直于来流方向和翼型模型展向的直线上各点的气流总压和静压探头两侧的静压分布，按校准结果求出各点处的总压分布、静压分布、二维速度分布和气流偏角，从而能更准确的计算翼型的阻力。该测量结果在翼型试验时也可用于更精确地用动量法求取翼型的升力和俯仰力矩。
专利检索显示国内尚无这种能够测量出尾迹处总压分布、静压分布、二维速度分布和气流偏角的三孔探针式尾迹测量装置的技术发明。
外国专利US20070256506（METHED AND DEVICE FOR MEASURING）公开了几种不同的用于测量来流压力和压差的测压管结构，主要是使用一个半球面碗和测压管连接，使半球面的凹面面向来流，进而得到不受偏角影响的来流总压。该机构可以较准确地得到来流压力，但是不能捕捉到来流角度，不适合描述整个流场的信息。
发明内容
为克服现有技术中存在的因高升力条件的尾迹气流速度偏斜造成的总、静压和翼型模型阻力的结果偏差，不能捕捉到来流角度，不适合描述整个流场的信息的不足，本发明提出了一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙。
本发明包括多个三孔探针、连接杆、支撑台、端板、支架和测压管；支撑台安装在支架的上端；多个连接杆分布在支撑台的前缘顶端；在所述各连接杆上均固定有三孔探针；所述相邻的两个三孔探针之间的距离为10mm～15mm，并使试验模型尾迹区域处于最两端的三孔探针之间；所述三孔探针的一端为圆锥形，锥顶角为30°～70°；所述三孔探针1的圆锥端的顶端有总压孔，并且该总压孔的中心线与三孔探针的中心线重合；在该三孔探针的圆锥面上对称分布有两个静压孔；所述总压孔的中心线与两个静压孔的中心线处于同一水平面上；在所述支撑台前缘顶端均布有多个连接杆安装孔；所述连接杆安装孔的数量与连接杆的数量相同；两个端板分别固定在支撑台的两端。支撑台横截面为上下对称的流线形。
支架包括支杆和底板；支杆垂直的固定在底板上；底板上有用于将支架与风洞的下洞壁固的连接孔；支杆上有测压管过孔和连接销安装孔，并且所述测压管过孔与端板上的测压管过孔位置对应，所述连接销安装孔与端板上的连接销安装孔位置对应。
在端板上有测压管的过孔，各三孔探针内的测压管均穿过所述测压管的过孔，与压力测量仪连通；在端板上有连接销的安装孔，通过连接销将该端板与支架固接。
使用本发明时，将三孔探针装至连接杆前端，三孔探针短键插入到连接杆的短槽内并形成过盈配合，连接杆插入支撑台前缘的台阶孔，支撑台两端装上端板并固定，端板通过连接销和焊接固定于支架上。安装保证所有三孔探针垂直于支撑台并位于同一平面内，并使三孔探针的总压孔、两个静压孔也处在该平面内。测压管从探针内插入测压孔处并密封、牢固连接，经连接杆与支撑台内部，由端板上的大孔引出，然后与压力测量采集装置相连。翼型风洞试验时，模型垂直悬挂于风洞上、下两壁之间，支撑台垂直位于翼型模型展向中剖面并垂直气流，所有三孔探针的中心线也位于过风洞中心线的水平面内并平行于风洞中心线，三孔探针的总压孔指向翼型模型。三孔探针的总压孔和两个静压孔均位于过风洞中心线的水平面内。
本发明不同于一般总、静压测量尾耙单针单管的测量模式。本发明中，每一个探针上都有一个总压孔和两个静压孔。对于翼型风洞试验，由于气流的偏角仅处于翼型模型展向中剖面的二维平面内，因此气流速度偏角直接由两侧的静压孔所测得静压的压差得到。试验前应对测量装置的角度特性进行空风洞校准，得到各三孔探针气流实际总压和气流偏角与测量总压、两静压的差值的关系曲线。在进行翼型模型试验时，利用各三孔探针测量得到的总压、两静压求得各三孔探针处的实际总压、静压和气流偏角。进而结合流体密度的测量得到各三孔探针处沿风洞轴线方向和风洞高度中心的水平面内的两个速度分量u和v。通过得到的上述静压分布和两个速度分量u与v在各三孔探针处的分布，利用动量原理得到翼型的阻力。
本发明用三孔探针代替传统动量法阻力测量技术测量机构的总压管和静压管，经过校准，在试验中能够通过各三孔探针上总压孔和两个静压孔的压力测量值求得该三孔探针处的气流偏角、动压（即速度）、静压和总压，进而可精确计算气流的两个速度分量，运用这些物理量的精确结果量按照动量法能够精确计算翼型模型所受的阻力，再结合上、下壁压及开孔壁和开槽壁内壁附近的速度分布能够精确计算升力和俯仰力矩。
本发明能够同时捕捉尾流各点的二维速度和速度偏角，适合于升力较大、尾迹气流向下翼面偏斜较大的情况。
附图说明
图1为发明总体结构示意图，图1a为主视图，图1b为侧视图；图1c为俯视图；图1d为图1c的A-A剖视图；
图2为三孔探针示意图，图2a为主视图，图2b为侧视图；
图3为三孔探针与连接杆组装的示意图，图3a为主视图，图3b为侧视图；
图4为支架与端板组装的示意图，图4a为主视图，图4b为图4a的B向示意图，图4c为俯视图。图中：
1.三孔探针 2.连接杆 3.支撑台 4.端板 5.支架
6.测压管 7.连接销
具体实施方式
本实施例是一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙，用于测量翼型模型风洞试验时测量翼型模型尾迹总压、静压、二维速度和翼型阻力。
本实施例包括多个三孔探针1、连接杆2、支撑台3、端板4、支架5、连接销7和测压管6。支撑台3安装在支架5的上端。多个连接杆2分布在支撑台3的前缘顶端。在所述各连接杆2上均固定有三孔探针1。所述相邻的两个三孔探针1之间的距离为10mm～15mm，并使试验模型尾迹区域处于最两端的三孔探针1之间。本实施例中，试验模型尾迹区域范围的宽度为300mm，相邻的两个三孔探针1之间的距离为15mm，共需20个三孔探针。
三孔探针1为中空回转体，其外径与连接杆2的内径相同，并且两者之间过度配合。所述三孔探针1的一端为圆锥形，锥顶角为30°～70°，本实施例中，锥顶角为60°。所述三孔探针1的另一端的外圆表面对称的分布有一对径向凸出的定位键；所述三孔探针1外圆表面的定位键的外径与连接杆2内表面的键槽相嵌合，并且两者之间过度配合。所述三孔探针1的圆锥端有三个贯通该三孔探针壳体的测压孔。所述的测压孔中一个是总压孔8，该总压孔8位于该三孔探针1圆锥端的顶端，并且该总压孔的中心线与三孔探针1的中心线重合；其余两个是静压孔9，该两个静压孔9分布在该三孔探针1圆锥端的圆锥面上，关于三孔探针1的中心线对称，位于圆锥顶端和大端的中部，该两个静压孔9的中心线均垂直于三孔探针1的圆锥面。一个总压管的一端装入所述总压孔内并密封；两个静压管的一端分别装入所述静压孔9内并密封；所述总压孔8的中心线与两个静压孔9的中心线处于同一水平面上。三个测压管的另一端与压力测量仪连接。
连接杆2亦为中空回转体，其内径与三孔探针1的外径相同。在所述连接杆2一端的内表面有一对键槽，该键槽与三孔探针1外圆表面的定位键相配合。
支撑台3为壳体，其平面形状为矩形，横截面为上下对称的流线形。在所述支撑台3前缘顶端均布有多个台阶状的连接杆安装孔；所述连接杆安装孔的数量与连接杆的数量相同。本实施例中，所述连接杆2为20个。所述连接杆2安装孔外端的直径与连接杆2的外径相同，所述连接杆2安装孔内侧孔径的横截面积须能够同时通过三根测压管6。
端板4有两个，是外形与支撑台3横截面形状相同的薄板，分别固定在支撑台3的两端，用于将支撑台3的内腔封闭。在端板4上有测压管6的过孔，各三孔探针1内的测压管6均穿过所述测压管6的过孔，与压力测量仪连通。在端板4上有连接销的安装孔，通过连接销将该端板4与支架固接。
支架5包括支杆和底板。支杆垂直的固定在底板上。底板上有螺纹通孔，用于将支架5与风洞的下洞壁固连。支杆上有测压管过孔和连接销安装孔，并且所述测压管过孔与端板上的测压管过孔位置对应，所述连接销安装孔与端板上的连接销安装孔位置对应。
使用本实施例时，翼型模型垂直安装在风洞的上壁和下壁之间。支撑台3上表面与下表面的对称面与位于风洞高度中心的水平面重合，使各三孔探针1的中心线与所述风洞高度中心的水平面重合，并使各三孔探针1的中心线平行于风洞的中心线;圆锥端的总压孔与气流方向相对。将三孔探针1装至连接杆2前端，三孔探针1短键插入到连接杆2的短槽内并形成过盈配合，连接杆2插入支撑台3前缘的台阶孔，支撑台3两端装上端板4并焊接固定，端板4通过连接销7和焊接固定于支架5上。安装保证所有三孔探针1垂直于支撑台3前缘并位于同一平面内、三孔探针1的总压孔8、两个静压孔9也处在该平面内。测压管6从探针内插入总压孔8和静压孔9处并牢固连接并密封，经连接杆2与支撑台3内部，由端板4上的过孔引出，然后与压力测量仪相连。
本实施例的每一个探针上都有一个总压孔和两个静压孔。翼型风洞试验中，气流的偏角仅处于翼型模型展向中剖面的二维平面内，因此气流速度偏角直接由对称分别在三孔探针1圆锥面上的两个静压孔所测得静压的压差得到。试验前通过对测量装置的角度特性进行空风洞校准，得到各三孔探针1气流实际总压、静压和气流偏角与测量总压、两个静压的差值的关系曲线。在进行翼型模型试验时，通过各三孔探针测量的总压、两静压求得各点的实际总压、静压和气流偏角。进而可求处该点处的x轴向和y轴向--即本例中的风洞轴线和本例中的顺支撑台长度方向--两个速度分量u和v。获得这些参数在各三孔探针1处的分布后，可以利用动量原理计算翼型的阻力。
Claims (4)
1.一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙，其特征在于，包括多个三孔探针、连接杆、支撑台、端板、支架和测压管；支撑台安装在支架的上端；多个连接杆分布在支撑台的前缘顶端；在所述各连接杆上均固定有三孔探针；所述相邻的两个三孔探针之间的距离为10mm～15mm，并使试验模型尾迹区域处于最两端的三孔探针之间；所述三孔探针的一端为圆锥形，锥顶角为30°～70°；所述三孔探针1的圆锥端的顶端有总压孔，并且该总压孔的中心线与三孔探针的中心线重合；在该三孔探针的圆锥面上对称分布有两个静压孔；所述总压孔的中心线与两个静压孔的中心线处于同一水平面上；在所述支撑台前缘顶端均布有多个连接杆安装孔；所述连接杆安装孔的数量与连接杆的数量相同；两个端板分别固定在支撑台的两端。
2.如权利要求1所述一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙，其特征在于，支撑台横截面为上下对称的流线形。
3.如权利要求1所述一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙，其特征在于，支架包括支杆和底板；支杆垂直的固定在底板上；底板上有用于将支架与风洞的下洞壁固的连接孔；支杆上有测压管过孔和连接销安装孔，并且所述测压管过孔与端板上的测压管过孔位置对应，所述连接销安装孔与端板上的连接销安装孔位置对应。
4.如权利要求1所述一种风洞试验用三孔探针式测压尾耙，其特征在于，在端板上有测压管的过孔，各三孔探针内的测压管均穿过所述测压管的过孔，与压力测量仪连通；在端板上有连接销的安装孔，通过连接销将该端板与支架固接。
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