CN104280183A - 集流式梳状总压探针 - Google Patents

Abstract

一种集流式梳状总压探针，属流场测量领域。它包括管状探针支架（1）、L型受压管（4）、喇叭型集流帽罩(5)。探针支架(1)的一侧设有一排前引流孔（2-1），另一侧设置后引流孔（2-2）和工艺孔（4）；喇叭型集流帽罩(5)安装在前引流孔（2-1）处；L型受压管（4）的一端伸到喇叭型集流帽罩(5)处，另一端伸出探针支架(1)的开口端；上述工艺孔（4）处填充有填料（6），该填料（6）一方面固定受压管（4），另一方面阻隔不同喇叭型集流帽罩(5)收集的气流，使其不会相互流通。本发明能够适用于复杂流场环境中多点总压测量。

Description

集流式梳状总压探针

技术领域

本发明涉及一种集流式梳状总压探针的设计方法，属于流场测量领域。

背景技术

流场参数的测量是流体机械设计人员面临的主要问题之一。流场参数的准确获得可以为设计人员提供可靠的数据支撑，为验证设计方法提供必要的保障。流场中流体总压的测量是流场参数测量的一个重要方面。对于流场中流体总压的测量，一般选用常规的针式梳状探针（如图1所示）或直管式探针等，这几种总压探针虽然制作简单，但其局限性较大。因为，为了准确地感受流体的总压，探针的受压管必须与来流方向一致，但这类探针由于缺少相应的辅助机构，其测量结果对气流的来流方向较为敏感，一旦气流方向与探针受压管方向不一致，其测量结果就会存在较大误差，所以，此类探针安装前必须先明确气流的来流方向，探针必须正对来流方向安装，因此，对安装的要求很高。但是，在一些复杂流场环境下，以航空发动机中轴流式压气机叶片排间的流动为例，轴流压气机叶片排间的气流，其方向往往是不确定的，会随着压气机工作状态的变化而明显变化，所以这类常规的探针对于这种复杂流场环境中的总压测量来说存在着明显的不足。因此，需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计了一种适用于复杂流场环境中多点总压测量的集流式梳状总压探针。

一种集流式梳状总压探针，其特征在于：包括作为探针的主体的探针支架，还包括喇叭型集流帽罩和L型受压管；上述探针支架为一个一端封闭另一端开口的圆柱管；探针支架的一侧设有一排前引流孔，引流孔的位置和数量根据实际测量需要确定，前引流孔的连线与探针支架轴线平行；探针支架的另一侧设置有一排与上述前引流孔对应的后引流孔；相邻后引流孔之间设置有工艺孔，工艺孔也位于后引流孔的连线上；上述喇叭型集流帽罩数量与前引流孔对应，它安装在前引流孔处；上述L型受压管数量与前引流孔对应，它安装在探针支架内部，L型受压管的一端伸到喇叭型集流帽罩处，另一端伸出探针支架的开口端；探针支架的开口端充填有填料，该填料一方面固定受压管，另一方面密封探针支架开口端；上述工艺孔处填充有填料，该填料一方面固定受压管，另一方面阻隔不同喇叭型集流帽罩收集的气流，使其不会相互流通。

本项发明所提出的集流式梳状总压探针，可用于复杂流场环境中的多点总压测量。

本项发明与目前已有的技术比较其优点主要体现在以下几个方面：1）经实验证明，本发明提出的集流式梳状总压探针相比于常规针式总压探针，其对气流来流方向的不敏感性大大提高，当气流的来流方向与探针的受压管的夹角不大于45°时，可以准确测量出来流的总压，而常规的针式总压探针对气流方向的不敏感角不超过15°，如图3所示。2）由于本发明提出的集流式梳状总压探针对气流的来流方向不敏感，因此对探针安装精度的要求可以大为降低，最重要的是，该探针可以准确测量气流方向随流体机械工况变化而变化的复杂流场内的流体总压值。

附图说明

图1常规针式梳状总压探针示意图；

图2集流式梳状总压探针示意图；

图3集流式梳状总压探针与常规针式梳状总压探针对气流方向敏感性对比试验曲线；

图4 本发明实验数据；

图中标号名称：1、探针支架，2-1、前引流孔，2-2、后引流孔，3、工艺孔，4、L型受压管，5、喇叭型集流帽罩，6、填料。

具体实施方法

结合图2说明本发明的总压测量探针结构。该探针由喇叭型集流帽罩5、带前引流孔2-1和后引流孔2-2的探针支架1以及L型受压管4三部分组成，其特征在于：

探针支架1作为探针的主体，用于固定喇叭型集流帽罩5和L型受压管4，探针支架1为一圆柱形不锈钢管，其一端封闭，另一端开口，开口端用于引出L型受压管4。L型受压管4为直径1mm左右的不锈钢管。在引出受压管后，将支架的开口端用焊料填充封闭。

上述探针支架1为一个一端封闭另一端开口的圆柱管；探针支架(1的一侧设有一排前引流孔2-1，引流孔2-1的位置和数量根据实际测量需要确定，前引流孔2-1的连线与探针支架轴线平行；探针支架1的另一侧设置有一排与上述前引流孔2-1对应的后引流孔2-2；相邻后引流孔2-2之间设置有工艺孔4，工艺孔4也位于后引流孔2-2的连线上；

上述喇叭型集流帽罩5数量与前引流孔2-1对应，它安装在前引流孔2-1处；

上述L型受压管4数量与前引流孔2-1对应，它安装在探针支架1内部，L型受压管4的一端伸到喇叭型集流帽罩5处，另一端伸出探针支架1的开口端；探针支架1的开口端充填有填料6，该填料6一方面固定受压管4，另一方面密封探针支架1开口端；

上述工艺孔4处填充有填料6，该填料6一方面固定受压管4，另一方面也起到阻隔气流的作用，使得不同集流帽罩收集的气流不会相互流通，从而保证每个测点可以准确感受当地的气流总压。

喇叭型集流帽罩5上部是一个60°的喇叭口，下部是圆柱形通孔，喇叭型集流帽罩5的作用是引导测点周围的气流正对地流向受压管，使得受压管能准确感受到流体的总压。集流帽罩5安装在探针支架1的正面，集流帽罩5的下部插入支架的前引流孔2-1中，通过焊接固定在探针支架上。

L型受压管4通过焊接的方式固定在带引流孔的探针支架1上，经弯曲90°后定位在集流帽罩喇叭口的中心。

图2为集流式梳状总压探针的示意图。该探针主要由带有引流孔的探针支架、集流帽罩和受压管三部分组成。该探针具体的制作过程如下：

第一步，根据实验测量需要，确定探针支架的直径、长度以及探针的测点数目和测点位置等参数；

第二步，在探针支架上开设相应的引流孔和工艺孔；

第三步，安装每个测点位置的受压管，从探针底部靠近探针支架的封闭端开始安装，按顺序安装，每个测点位置的受压管安装时先将其弯曲90°，通过专门的工装，使其定位于相应引流孔的中心，然后其相邻位置的工艺孔内填充焊料，用于固定受压管，同时焊料应填实，确保两个测点之间气流不能流通。

第四步，当所有测点位置处的受压管安装完成后，将集流帽罩安装在探针支架正面的引流孔处，将集流帽罩的下部插入引流孔中，再通过焊接的方法固定在探针支架上。

图3为集流式总压探针和常规针式总压探针实验测得的来流总压值随探针与气流夹角（也称来流攻角）变化的对比曲线。该实验结果是在某低速风洞上测得的。实验时，集流式总压探针和常规针式总压探针被安装于风洞测量段，探针安装时确保探针的受压管与气流来流方向相同，即两者之间的夹角为0度，探针感受的压力值由稳态电子压力扫描阀测得。当风洞来流速度稳定后，先分别测量出两种探针感受的压力值，然后通过调节探针的安装角度改变来流攻角，使得探针受压管与气流来流方向的夹角分别为15度、30度、45度和60度，在各角度下分别测量出两种探针感受的压力值。实验测得的结果列于图4中。从图3和图4的结果可以看出，常规针式总压探针测量气流总压值时，对气流的来流方向很敏感，当来流攻角大于15度后，探针测得的气流压力值已明显小于攻角为0度时测得的压力值，且随着来流攻角的增大，测得的压力值会进一步减小，说明当来流攻角大于15度后，该类探针已经不能准确测出来流的总压值了，而集流式总压探针对气流来流方向的不敏感角则大大增加，在来流攻角不大于45度的范围内，都能准确地测得气流的总压值。

Claims (1)

1.一种集流式梳状总压探针，其特征在于：

包括作为探针的主体的探针支架（1），还包括喇叭型集流帽罩(5)和L型受压管（4）；

上述探针支架(1)为一个一端封闭另一端开口的圆柱管；探针支架(1)的一侧设有一排前引流孔（2-1），引流孔（2-1）的位置和数量根据实际测量需要确定，前引流孔（2-1）的连线与探针支架轴线平行；探针支架(1)的另一侧设置有一排与上述前引流孔（2-1）对应的后引流孔（2-2）；相邻后引流孔（2-2）之间设置有工艺孔（4），工艺孔（4）也位于后引流孔（2-2）的连线上；

上述喇叭型集流帽罩(5)数量与前引流孔（2-1）对应，它安装在前引流孔（2-1）处；

上述L型受压管（4）数量与前引流孔（2-1）对应，它安装在探针支架（1）内部，L型受压管（4）的一端伸到喇叭型集流帽罩(5)处，另一端伸出探针支架(1)的开口端；探针支架(1)的开口端充填有填料，该填料（6）一方面固定受压管（4），另一方面密封探针支架(1)开口端；

上述工艺孔（4）处填充有填料（6），该填料（6）一方面固定受压管（4），另一方面阻隔不同喇叭型集流帽罩(5)收集的气流，使其不会相互流通。