CN106525383B - 端壁静压测量实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气动力学实验技术领域，尤其是涉及一种端壁静压测量实验装置，包括上端板、动端板和静端板；动端板设于静端板的上表面，且动端板能够沿静端板的长度方向移动；动端板上设有静压孔列，静压孔列包括多个静压孔；上端板位于动端板的上方；上端板的下表面固定有多个叶片，且叶片的下侧与动端板的上表面设置有间隙。本发明大大减少了工作量和测量时间，并且可以对流场情况能够较精确的显示。

Description

端壁静压测量实验装置

技术领域

本发明涉及空气动力学实验技术领域，尤其是涉及一种端壁静压测量实验装置。

背景技术

端壁静压分布能够直观形象的反映出叶轮机械内流场，因此，端壁静压分布成为研究人员对叶轮机械内流场进行分析的强有力的手段。

在端壁静压分布的实验过程中，传统的获取端壁静压的方法是在对被测区域的端壁上沿节距方向和气流的流向设置成百个静压孔，并通过静压管和引气胶管将气体通至压力传感器。但是传统的端壁静压测量方法中，存在工作量大、测量时间长及对流场情况显示较粗略的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端壁静压测量实验装置，以解决现有技术中存在的作量大、测量时间长及对流场情况显示较粗略的缺点的技术问题。

本发明提供了一种端壁静压测量实验装置，包括上端板、动端板和静端板；所述动端板设于所述静端板的上表面，且所述动端板能够沿所述静端板的长度方向移动；所述动端板上设有静压孔列，所述静压孔列包括多个静压孔；所述上端板位于所述动端板的上方；所述上端板的下表面固定有多个叶片，且所述叶片的下侧与所述动端板的上表面设置有间隙。

进一步地，多个所述叶片沿所述上端板的长度方向均匀间隔分布。

进一步地，所述静压孔列中的多个静压孔沿所述叶片的叶型中弧线的方向及所述叶型中弧线的延长线的方向均匀间隔分布。

进一步地，还包括静压管和压力传感器；所述静端板上开设有矩形安装孔；所述静压管的一端穿过所述矩形安装孔与所述静压孔连通，所述静压管的另一端与所述压力传感器连接。

进一步地，所述静压管的另一端通过引气胶管与所述压力传感器连接。

进一步地，所述矩形安装孔的两个相对的长边侧分别设置有挡条，且所述挡条的长度方向与所述矩形安装孔的长边侧的长度方向相平行；所述矩形安装孔的长边侧的长度方向与所述静端板的长度方向相平行。

进一步地，所述矩形安装孔的长边侧的长度大于相邻两个所述叶片之间的长度。

进一步地，所述静端板上安装有驱动机构，用于驱动所述动端板沿所述静端板的长度方向移动。

进一步地，所述驱动机构包括丝杆；所述丝杆的一端与所述动端板转动连接，所述丝杆的另一端与所述静端板螺纹连接。

进一步地，所述丝杆的另一端安装有步进电机和/或摇把。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的端壁静压测量实验装置，包括上端板、动端板和静端板；动端板设于静端板的上表面，且动端板能够沿静端板的长度方向移动；动端板上设有静压孔列，静压孔列包括多个静压孔；上端板位于动端板的上方；上端板的下表面固定有多个叶片，且叶片的下侧与动端板的上表面设置有间隙。使用时，将该实验装置及其他实验件置于风洞出口处，并使风洞中的气流的流向与动端板的移动方向相垂直或呈倾斜设置，在动端板沿静端板的长度方向移动时，由于动端板上设置有静压孔列，这样静压孔列也能沿静端板的长度方向移动，即静压孔列能在流场中的任意位置进行扫掠，这样静压孔列扫掠的区域相当于成百个静压孔所占的区域，从而可以大大减少工作量和减少测量时间，并且可以布置更密集的测量流场的静压孔，获取更详尽的流场信息，以对流场情况能够较精确的显示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的端壁静压测量实验装置的轴测图；

图2为本发明实施例一提供的端壁静压测量实验装置的主视图；

图3为本发明实施例一提供的端壁静压测量实验装置的仰视图。

附图标记：

101-上端板；102-动端板；103-静端板；104-静压孔；105-叶片；106-矩形安装孔；107-挡条；108-第一固定块；109-第二固定块；110-丝杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

参见图1和图2所示，本发明提供了一种端壁静压测量实验装置，包括上端板101、动端板102和静端板103；动端板102设于静端板103的上表面，且动端板102能够沿静端板103的长度方向移动；动端板102上设有静压孔列，静压孔列包括多个静压孔104；上端板101位于动端板102的上方；上端板101的下表面固定有多个叶片105，且叶片105的下侧与动端板102的上表面设置有间隙。

具体而言，上端板101即为上端壁，动端板102即为动端壁，静端板103即为静端壁；该装置中测量的端壁静压即是测量的动端壁的上表面的静压。而上端板101也即为叶轮的轮毂，动端板102和静端板103也即为机匣。在平面叶栅实验，即端壁静压测量实验中，上端板称上端壁，动端板102和静端板103一起称为下端壁，上端板101也即对应实际叶轮中的轮毂。动端板102的板面、静端板103的板面、上端板101的板面三者相互平行，动端板102位于上端板101和静端板103之间；动端板102在静端板103上的运动方向即为节距方向，也即是，静端板的长度方向即为节距方向，而相邻两个叶片之间的长度即为节距；多个叶片105组成平面叶栅，该实验装置中的叶片可以对应涡轮中的叶片也可以对应压气机中的叶片。

本发明提供的端壁静压测量实验装置，在使用时，将该实验装置置于风洞中，并使风洞中的气流的流向与动端板102的移动方向相垂直或呈倾斜设置，在动端板102沿静端板103的长度方向移动时，由于动端板102上设置有静压孔列，这样静压孔列也能沿静端板103的长度方向移动，由于测量时，压力传感器的数量一般在十几个，传统测量时，几百个静压孔需要人工更换接口，因而工作量大、测量时间长，而本发明通过静压孔列能在流场中的任意位置进行扫掠，这样静压孔列扫掠的区域相当于成百个静压孔所占的区域，从而可以大大减少工作量和减少测量时间，并且可以对流场情况能够较精确的显示。

该实施例中，静压孔列的数量为一个或多个，具体而言，该实验中，静压孔列的数量为一个。实验中，一个静压孔列扫掠的区域就相当于传统方法中，设置多成百个静压孔测量的区域。需要说明的是，该实施例中，当静压孔列的数量为多个时，其数量为2-5列。

该实例中，多个叶片105沿上端板101的长度方向均匀间隔分布。具体而言，相邻两个叶片105之间的距离相等。

该实施例中，静压孔列中的多个静压孔104沿叶片105的叶型中弧线的方向及所述叶型中弧线的延长线的方向均匀间隔分布，也就是说，多个静压孔沿叶型中弧线及其延长线均匀间隔分布。具体而言，在动端板102上，一个静压孔列中的多个静压孔之间连成的曲线的延伸方向与叶型中弧线的延伸方向相一致，在实验时，该曲线与叶型中弧线是相平行的，需要说明的是，该曲线并不仅限定与叶型中弧线一致，也可以根据需要可以设置成其它多种形式。

该实施例中，端壁静压测量实验装还包括静压管(未示出)和压力传感器(未示出)；静端板103上开设有矩形安装孔106；静压管的一端穿过矩形安装孔106与静压孔连通，静压管的另一端与压力传感器连接。具体而言，静压孔为通孔，每个静压孔都通过静压管与一压力传感器连接，压力传感器用于检测动端板102的上表面的静压；压力传感器与计算机连接，通过计算机来显示和分析压力传感器获得的数据。需要说明的是，计算机来显示和分析数据时，用得的软件为现有技术，本发明不涉及该软件的改进，因此不再对其进行详细说明。

该实施例中，静压管的另一端通过引气胶管与压力传感器连接。

该实施例中，矩形安装孔106的两个相对的长边侧分别设置有挡条107，且挡条107的长度方向与矩形安装孔106的长边侧的长度方向相平行；矩形安装孔106的长边侧的长度方向与静端板103的长度方向相平行。具体而言，挡条107的长度不小于矩形安装孔106的长边侧的长度，挡条的高度不高出动端板的上表面。挡条107用于限制动端板102只能沿静端板103的长度方向移动，而不能沿静端板103的宽度方向移动。

该实施例中，矩形安装孔106的长边侧的长度大于相邻两个叶片105之间的长度，也就是说，矩形安装孔在节距方向的长度大于一个节距，矩形安装孔的短边侧的长度大于叶片的宽度。这样，能够保证静压孔列在移动时，静压孔列中的每个静压孔均不会被静端板103的上表面遮挡。

该实施例中，静端板103上安装有驱动机构，用于驱动动端板102沿静端板103的长度方向移动。

具体而言，驱动机构包括丝杆110；丝杆110的一端与动端板102转动连接，丝杆110的另一端与静端板103螺纹连接。具体而言，动端板102具有第一固定块108，第一固定块108上开设有第一固定孔，丝杆110的一端穿过第一固定孔，且丝杆110上固定有两个止挡盘，用于使丝杆110的一端不能与第一固定块108相分离，且丝杆110在第一固定孔中自由转动，第一固定孔的内壁光滑设置。静端板103具有第二固定块109，第二固定块109上开设有第二固定孔，第二固定孔中设置有内螺纹，丝杆110的另一端与第二固定块109螺丝连接。

该实施例中，丝杆110的另一端安装有步进电机和/或摇把。通过设置步进电机(未示出)，可以精确控制丝杆110的转动，以使动端板102以设置速率运动。通过设置摇把(未示出)可以在步进电机不工作时，转动摇把来带动丝杆110的转动。具体而言，丝杆110的另一端安装有步进电机和摇把，丝杆110的另一端安装有卡盘，卡盘上安装有摇把，步进电机的转动与卡盘固定连接。需要说明的是，实施例中，丝杆110的另一端还可以单独设置步进电机，或单独设置一摇把。步进电机通过驱动板卡与计算机相连接。

该实施例中，端壁静压测量实验装置还包括固定架，上端板101固定于固定架上。

本发明提供的端壁静压测量实验装置，主要应用在亚声速、高亚声速、跨声速以及超声速等平面叶栅风洞实验中，对带间隙的平面叶栅端壁进行静压分布测量。

该端壁静压测量实验装置的工作原理为：

将该实验装置置于风洞中，其中，固定架和静端板103分别与风洞中的支架固定连接；使风洞中的气流的流向与动端板102的移动方向相垂直；通过计算机控制步进电机带动丝杆110的转动。丝杆110的转动带动动端板102沿静端板103的长度方向移动，即沿节距方向移动；动端板102移动时，静压孔列也沿节距方向移动，静压孔移动时，压力传感器实时检测设置静压孔列在节距方向的设定位置的端壁静压数据，并将端壁静压数据传递给计算机。需要说明的是，实验时上端板101不动，只有动端板102运动，静压孔列一般只对一个叶片流道进行测量，其中叶片流道指的是相邻两个叶片105与上端板、动端板之间形成的空间，优选的，只对位于中间位置的流道进行测量。

在传统的端壁静压测量中，静端板103和动端板102为一体结构，且该一体结构及上端板101均不运动，并且在该一体结构上设置沿节距方向和气流流向设置有成百个静压孔，也就是说一个流道内即对应有成百个静压孔；由于静压孔及静压管均具有一定的孔径，因此当设置太过密集时，有些静压孔将不能连接静压管，而一般压力传感器只提供十几个接口，也不足以连接所有静压孔，因此传统方法考虑静压管的直径不能过密布置而必须减少静压孔的同时，仍旧需要测量后重新连接余下的其他静压孔；此外，由于静压孔数量较多导致实验时间较长，动力设备的能损耗也较大，经济性不佳。

而本发明提供的端壁静压测量实验装置，通过设置静端板103和动端板102后，动端板102沿静端板103的长度方向移动，在动端板102上设置一个静压孔或有限列的静压孔，即可在流场中的任意位置进行扫掠，这样静压孔列扫掠的区域相当于成百个静压孔所占的区域，也相当于增加了单位面积内有效静压孔的数量，并能在不考虑孔径的情况下，在节距方向任意加密，从而可以大大减少工作量和减少测量时间，并且提高的准确性，大大提高了对流场细节的捕捉程度；还提高了端壁静压测量过程的自动化水平，将工作人员从繁琐的操作中解放出来；还减少了动力设备的电费损耗。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

Claims (9)

1.一种端壁静压测量实验装置，其特征在于，包括上端板、动端板、静端板、静压管和压力传感器；所述动端板设于所述静端板的上表面，且所述动端板能够沿所述静端板的长度方向移动；所述动端板上设有静压孔列，所述静压孔列包括多个静压孔；所述上端板位于所述动端板的上方；所述上端板的下表面固定有多个叶片，且所述叶片的下侧与所述动端板的上表面设置有间隙；

所述静端板上开设有矩形安装孔；所述静压管的一端穿过所述矩形安装孔与所述静压孔连通，所述静压管的另一端与所述压力传感器连接。

2.根据权利要求1所述的端壁静压测量实验装置，其特征在于，多个所述叶片沿所述上端板的长度方向均匀间隔分布。

3.根据权利要求1所述的端壁静压测量实验装置，其特征在于，所述静压孔列中的多个静压孔沿所述叶片的叶型中弧线的方向及所述叶型中弧线的延长线的方向均匀间隔分布。

4.根据权利要求1所述的端壁静压测量实验装置，其特征在于，所述静压管的另一端通过引气胶管与所述压力传感器连接。

5.根据权利要求1所述的端壁静压测量实验装置，其特征在于，所述矩形安装孔的两个相对的长边侧分别设置有挡条，且所述挡条的长度方向与所述矩形安装孔的长边侧的长度方向相平行；所述矩形安装孔的长边侧的长度方向与所述静端板的长度方向相平行。

6.根据权利要求1所述的端壁静压测量实验装置，其特征在于，所述矩形安装孔的长边侧的长度大于相邻两个所述叶片之间的长度。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的端壁静压测量实验装置，其特征在于，所述静端板上安装有驱动机构，用于驱动所述动端板沿所述静端板的长度方向移动。

8.根据权利要求7所述的端壁静压测量实验装置，其特征在于，所述驱动机构包括丝杆；所述丝杆的一端与所述动端板转动连接，所述丝杆的另一端与所述静端板螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的端壁静压测量实验装置，其特征在于，所述丝杆的另一端安装有步进电机和/或摇把。