CN113109015A - 一种进气道出口截面多气动参数测量装置 - Google Patents

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黄河峡
李子杰
陈诚
林正康
秦源
唐学斌
李方波
李灿民
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Abstract

本发明公开了一种进气道出口截面多气动参数测量装置。该装置包括驱动电机、电机支架、旋转轴、探针安装臂、测量探针。本发明在进行进气道风洞试验时，通过驱动电机带动探针安装臂旋转，可获得进气道出口截面多个圆环上的气动参数；通过更换探针类型，可获得多种参数，包括总压，旋流角，温度以及各状态下的动态参数；通过交叉排列不同探针，可在一次吹风试验中获得多种参数。本发明结构简单，易于实现，对测量流场影响小；装置作动可多次重复；获得试验数据丰富，能够提高进气道出口截面测量精度，降低进气道风洞试验费用。

Description

一种进气道出口截面多气动参数测量装置
技术领域
本发明属于进气道风洞试验测量技术领域，具体涉及一种测量进气道出口截面气动参数的旋转测量装置。
背景技术
进气道作为航空发动机的部件之一，主要承担捕获流量、压缩自由来流的任务，对进气道进行风洞吹风试验是研发新款发动机不可缺少的一环。通常在进气道的风洞试验中，研究人员通过测量进气道出口截面的静态总压、动态总压、温度和旋流角等来评估进气道出口的各项性能，包括总压恢复系数，总压畸变、温度畸变、旋流畸变和瞬态畸变。传统测量方法是在出口圆截面的周向布置八个测量耙，形成“米”字状，耙之间的夹角为45°。每个耙设置五个测点，加上中心一个测点一共41个测点。研究人员将测得的试验数据差值处理，从而获得进气道的各项性能指标。然而传统的测量方法存在以下问题:周向测点的间距随着半径的增加而增大，后期进行数据差值处理时易出现较大偏差；单次吹风试验只能获得一种试验数据，若需获得多种数据则需要更换测量装置，大大增加试验成本和人工劳动时间。
故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
基于以上问题，本发明提供一种进气道出口截面多气动参数测量装置，解决现有技术中测量耙及附属零件的重复拆装，降低多次拆装带来的人力物力和时间的消耗的问题。
为了达到上述目的，本发明可采用的技术方案如下：
一种进气道出口截面多气动参数测量装置，包括驱动电机、位于驱动电机前方并与驱动电机输出轴同轴连接的旋转轴；所述旋转轴的前端安装有空心的头部；所述头部的后段为圆柱形，而头部的前段为圆锥形；所述头部的后段向外延伸出探针安装臂，所述探针安装臂上设有向前延伸的数个测量探针；所述头部的前段的前部中间位置也设有一个向前延伸的探针。
进一步的，所述探针安装臂为两个，并分别对称的设置于头部两侧。
进一步的，探针安装臂内部空腔连通，探针尾部的测量管道从探针安装臂内部的空腔引出。
进一步的，还设有同心轴支架及安装在同心轴支架前端的轴套筒，所述旋转轴穿过同心轴支架及轴套筒；轴套筒位于同心轴支架与头部之间，且轴套筒的前端包围头部的部分后段。
进一步的，所述探针安装臂为三个或四个，且对称的设置于头部侧面。
进一步的，还设有外壳以及用于固定电机的电机支架；所述电机支架与同心轴支架的外围均为圆环形，所述外壳的中间部分壁面向外扩张，通道面积增大；测量管道固定在轴套筒后部圆孔处，再从测量段出口引出。
进一步的，所述的电机支架和同心轴支架的圆环形外围内部为三角支撑结构，同心轴支架轴心的孔与旋转轴间隙配合；所述的同心轴支架后方延伸出一段平台并打小孔，所述的探针后方的测量管道固定于平台小孔处。
进一步的，探针的类型包括总压探针、五孔探针、七孔探针及温度探针的一种或几种。
进一步的，所述驱动电机为直流减速电机或步进减速电机，并带有编码器。
进一步的，轴套筒内部留有测量管长度能够围绕旋转轴自由旋转至少一周。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)在进行进气道风洞试验时，通过驱动电机带动测量耙旋转，可以获得更多的进气道出口截面上的试验数据，从而提高试验结果的精度。
(2)采用多用途的测量耙，安装多种探针后可在一次吹风试验中获得多种试验数据，降低试验成本、减小人员工作时间以及提升试验效率。
(3)采用电机驱动，电机寿命长，可重复使用；电机尺寸小，对流场影响小；电机旋转精度高，可以精确定位测量耙的方位角；电机作动延迟低，增加试验中的采集点数。
(4)轴套筒可以隔绝探针的测量管道和外部高速气流，有效的保护测量管道，从而降低测量的无效点数。
(5)采用渐扩的测量段可以降低旋转装置带来的堵塞影响。
附图说明
图1是本发明的前视角结构示意图。
图2是本发明的后视角结构示意图。
图3是本发明安装于测量段内的正视图。
图4是正视图中JJ剖面图。
图5是正视图中JK剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方法和优点更加清楚，下面将结合附图1-5对本发明做进一步的详细说明。
为了提高风洞试验中进气道出口气动参数的测量精度，为了在一次吹风试验中获得多种气动参数，本发明提出来一种进气道出口截面多气动参数测量装置，包括驱动电机1、固定驱动电机1的电机支架2、位于驱动电机1前方并与驱动电机1输出轴通过联轴器3同轴连接的旋转轴4、承载旋转轴4的同心轴支架5、安装在同心轴支架前端的轴套筒6。所述旋转轴4穿过同心轴支架5及轴套筒6。所述的驱动电机1为直流减速电机或步进减速电机，并带有编码器，以提供足够大的扭矩。编码器用以定位旋转角度。电机直径小于外壳9出口直径的1/3。
所述旋转轴4的前端安装有空心的头部10。所述头部10的后段为圆柱形，而头部10的前段为空心的圆锥形。设置成空心圆锥形的目的是用来模拟进气道出口的整流锥。所述轴套筒6位于同心轴支架5与头部10之间，且轴套筒6的前端包围头部10的部分后段。所述头部10的后段向外延伸出探针安装臂7，所述探针安装臂7上设有向前延伸的数个测量探针8。所述头部10的前段的前部中间位置也设有一个向前延伸的探针。在本实施方式中，探针安装臂7为两个，并分别对称的设置于头部10两侧；而在其他实施方式中，可根据试验需求将探针安装臂7增加为三个或四个，且对称的设置于头部10侧面。以安装多种探针，如总压探针、五孔探针、七孔探针(五孔探针和七孔探针都可以测量气流总压和气流的偏转角)及温度探针。在耙的径向等面积中心布置五个测量点，中心处为一个测点，可根据试验需求增加或减少测点。探针安装臂7内部空腔连通，探针8尾部的测量管道11从探针安装臂7内部的空腔引出。
电机支架2和同心轴支架5的圆环形外围内部为三角支撑结构，同心轴支架5轴心的孔与旋转轴4间隙配合；所述的同心轴支架5后方延伸出一段平台并打小孔12，所述的探针8后方的测量管道固定于平台小孔12处。还设有外壳9以及用于固定电机的电机支架2；所述电机支架2与同心轴支架5的外围均为圆环形，所述外壳9的中间部分壁面向外扩张，通道面积增大，可抵消内部装置带来的流道堵塞。测量管道固定在轴套筒6后部圆孔处，再从测量段9出口引出。当探针安装臂7旋转时，轴套筒6内部的扩张通道提供了管道(11)旋转所需的空间。为了避免旋转带来的测量管道缠绕，需要在将测量管从测量段引出前，将管道11固定于同心轴支架5后方的圆孔12处，固定前需要在轴套筒(6)内部留有足够长的测量管，以保证内部测量管道能够自由旋转至少一周。
所述的电机支架2、同心轴支架5、轴套筒6、外壳9为固定部件。所述的联轴器3、旋转轴4、头部10为旋转部件，各旋转部件同轴连接。本发明在进行进气道风洞试验时，通过驱动电机带动探针围绕旋转轴4旋转，可获得进气道出口截面多个圆环上的气动参数；通过更换探针类型，可获得多种参数，包括总压，旋流角，温度以及各状态下的动态参数；通过交叉排列不同探针，可在一次吹风试验中获得多种参数。本发明结构简单，易于实现，对测量流场影响小；装置作动可多次重复；获得试验数据丰富，能够提高进气道出口截面测量精度，降低进气道风洞试验费用。
另外，本发明的具体实现方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种进气道出口截面多气动参数测量装置，包括驱动电机(1)、位于驱动电机前方并与驱动电机输出轴同轴连接的旋转轴(4)；其特征在于，所述旋转轴的前端安装有空心的头部(10)；所述头部的后段为圆柱形，而头部的前段为圆锥形；所述头部的后段向外延伸出探针安装臂(7)，所述探针安装臂上设有向前延伸的数个测量探针(8)；所述头部的前段的前部中间位置也设有一个向前延伸的探针。
2.根据权利要求1所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：所述探针安装臂(7)为两个，并分别对称的设置于头部两侧。
3.根据权利要求2所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：探针安装臂(7)内部空腔连通，探针(8)尾部的测量管道(11)从探针安装臂(7)内部的空腔引出。
4.根据权利要求1或2或3所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：还设有同心轴支架(5)及安装在同心轴支架前端的轴套筒(6)，所述旋转轴穿过同心轴支架(5)及轴套筒(6)；轴套筒(6)位于同心轴支架(5)与头部(10)之间，且轴套筒(6)的前端包围头部(10)的部分后段。
5.根据权利要求1所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：所述探针安装臂(7)为三个或四个，且对称的设置于头部侧面。
6.根据权利要求4所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：还设有外壳以及用于固定电机的电机支架(2)；所述电机支架(2)与同心轴支架(5)的外围均为圆环形，所述外壳(9)的中间部分壁面向外扩张，通道面积增大；测量管道固定在轴套筒(6)后部圆孔处，再从测量段(9)出口引出。
7.根据权利要求6所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：所述的电机支架(2)和同心轴支架(5)的圆环形外围内部为三角支撑结构，同心轴支架(5)轴心的孔与旋转轴(4)间隙配合；所述的同心轴支架(5)后方延伸出一段平台并打小孔(12)，所述的探针(8)后方的测量管道(11)固定于平台小孔处(12)。
8.根据权利要求1所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：探针(8)的类型包括总压探针、五孔探针、七孔探针及温度探针的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：所述驱动电机(1)为直流减速电机或步进减速电机，并带有编码器。
10.根据权利要求7所述的进气道出口截面多气动参数测量装置，其特征在于：轴套筒(6)内部留有测量管长度能够围绕旋转轴(4)自由旋转至少一周。
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