CN113340561B - 一种高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针。该偏心圆柱单孔气动探针包括毛细管、探针头部和支杆；毛细管前端封闭后端开口，前段管壁上开有测压孔；探针头部依次为圆锥台体、圆柱体和螺杆；探针头部内设置有前后贯穿的台阶孔，台阶孔的中心轴线与探针头部的中心轴线平行，两条中心轴线的距离为毛细管半径；支杆与螺杆固定连接。毛细管的前、后端伸出台阶孔，前端的测压孔位于探针头部的中心轴线上，后端在支杆内连接测压软管，将测压孔感受的压力引出至压力传感器进行测量。该偏心圆柱单孔气动探针具有更高的空间测量精度，加工制造简单，成本低廉，适用于存在强速度梯度二维流场气流角、马赫数、总压和静压等参数的精确测量。

Description

一种高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针
技术领域
本发明属于航空发动机叶轮机械气动测试技术领域，具体涉及一种高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针。
背景技术
多孔探针已被广泛用于流场速度大小和方向以及总压和静压等气动参数的测量。然而，在应用多孔探针进行尾迹或边界层等存在较强速度梯度的流场参数测量时，由于多孔探针的各个测孔处于空间分离的点上，速度大小的空间梯度会被错误地解释为流动角度，由此带来流场测量误差。为降低这种测量误差，需要尽可能减小测量探针头部尺寸或降低测孔的空间距离。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针。
本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针，其特点是，所述的偏心圆柱单孔气动探针包括毛细管、探针头部和支杆；
毛细管的前端封闭后端开口，毛细管前段上开有1个与毛细管表面垂直的测压孔，毛细管的直径为d；
探针头部从前至后分为探针头部前段、探针头部中段和探针头部后段，探针头部前段为圆锥台体，探针头部中段为与圆锥台体底面直径相等的圆柱体，探针头部后段为直径小于圆柱体的螺杆；探针头部内设置有前后贯穿的台阶孔，台阶孔与探针头部的中心轴线平行，台阶孔的中心轴线与探针头部的中心轴线的垂直距离为d/2，台阶孔前段的孔径为d，台阶孔后段的孔径大于d；
支杆为与圆柱体直径相等的圆柱管体，支杆通过螺纹连接方式与探针头部后段固定连接；
毛细管从后至前插入台阶孔，与台阶孔前段过度配合，毛细管的测压孔伸出台阶孔、位于探针头部的中心轴线上，毛细管后端伸出探针头部后段并在支杆内连接测压软管，将测压孔感受的压力引出至压力传感器进行测量。
进一步地，其特征在于，所述的毛细管为不锈钢管，通过粘合剂固定在台阶孔内。
进一步地，其特征在于，所述的探针头部和支杆的材质均为不锈钢。
进一步地，其特征在于，所述的探针头部的探针头部中段上设置有定位平面Ⅰ，支杆的前段上设置有与定位平面Ⅰ对应的定位平面Ⅱ。
进一步地，所述的支杆的前段上设置有安装在移测机构上的定位平面Ⅲ。
本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针中的毛细管采用不锈钢管，不锈钢管的刚度大，同时具有良好的圆度和直线度。
本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针中的台阶孔后段的孔径大于毛细管的直径有利于粘合剂固定毛细管。
本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针通过定位平面Ⅰ和定位平面Ⅱ对齐方式确定探针头部和支杆的安装定位，还能够通过定位平面Ⅰ和定位平面Ⅱ调整初始零度。
本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针通过定位平面Ⅲ与移测机构进行安装定位，确保定位准确，不发生滑动和滚动。
本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针使用前需经过校准风洞标定，探针测量校准曲线再经过左右各平移一定角度即可获得虚拟三孔的校准曲线。实际使用时，需旋转三个角度分别测取压力数据，获得虚拟三孔探针数据，但与传统三孔探针不同的是，本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针中的测压孔在三个角度下，始终处于空间同一位置而不是分离的三个空间位置，避免了传统探针因测点空间上的分离带来的测量误差。
本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针采用单孔虚拟三孔测量方式，容易实现比传统多孔探针更小的加工尺寸，同时测压孔位于探针转动的中轴线上，在不同转角下进行测量时，测压孔始终处于空间同一位置，克服了传统多孔探针测点空间分离的缺点，进一步提升了探针的空间测量精度。
本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针具有更高的空间测量精度，同时具有加工制造简单，成本低廉的特点，特别适用于存在强速度梯度二维流场气流角、马赫数、总压和静压等参数的精确测量。
附图说明
图1为本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针的立体图；
图2为本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针中的毛细管和探针头部组合示意图；
图3为本发明的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针的测量原理图。
图中，1.毛细管 2.探针头部 3.支杆；
101.测压孔；
201.探针头部前段 202.探针头部中段 203.台阶孔 204.定位平面Ⅰ 205.探针头部后段；
301.定位平面Ⅱ 302.定位平面Ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行进一步的说明。
如图1、图2所示，高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针包括毛细管1、探针头部2和支杆3；
毛细管1的前端封闭后端开口，毛细管1前段上开有1个与毛细管1表面垂直的测压孔101，毛细管1的直径为d；
探针头部2从前至后分为探针头部前段201、探针头部中段202和探针头部后段205，探针头部前段201为圆锥台体，探针头部中段202为与圆锥台体底面直径相等的圆柱体，探针头部后段205为直径小于圆柱体的螺杆；探针头部2内设置有前后贯穿的台阶孔203，台阶孔203与探针头部2的中心轴线平行，台阶孔203的中心轴线与探针头部2的中心轴线的垂直距离为d/2，台阶孔203前段的孔径为d，台阶孔203后段的孔径大于d；
支杆3为与圆柱体直径相等的圆柱管体，支杆3通过螺纹连接方式与探针头部后段205固定连接；
毛细管1从后至前插入台阶孔203，与台阶孔203前段过度配合，毛细管1的测压孔101伸出台阶孔203、位于探针头部2的中心轴线上，毛细管1后端伸出探针头部后段205并在支杆3内连接测压软管，将测压孔101感受的压力引出至压力传感器进行测量。
进一步地，所述的毛细管1为不锈钢管，通过粘合剂固定在台阶孔203内。
进一步地，所述的探针头部2和支杆3的材质均为不锈钢。
进一步地，所述的探针头部2的探针头部中段202上设置有定位平面Ⅰ204，支杆3的前段上设置有与定位平面Ⅰ204对应的定位平面Ⅱ301。
进一步地，所述的支杆3的前段上设置有安装在移测机构上的定位平面Ⅲ302。
实施例1
本实施例的毛细管1外径1mm，内径0.6mm，在距离毛细管1前端封口处3mm的位置开有一个直径0.1mm的测压孔101，毛细管1前端伸出探针头部前段201的长度为10mm，毛细管1尾部伸出探针头部后段205的长度为10mm，毛细管1尾部连接测压软管。台阶孔203前段直径1mm，台阶孔203后段直径2mm，在台阶孔203后段内利用粘合剂将毛细管1和探针头部2进行粘连固定。探针头部中段202与支杆3的外径均为8mm。探针头部中段202设置有上、下两个平行的定位平面Ⅰ204，支杆3的前段设置有与定位平面Ⅰ204对应的上、下两个平行的定位平面Ⅱ301，支杆3的后段设置有上、下、左、右四个定位平面Ⅲ302，并与定位平面Ⅱ301相互平行或相互垂直。
本实施例的测量过程如下：
1.地面校准：在相对来流方向±70°角度范围内获得校准数据，再将校准数据左右各平移45°，获得虚拟三孔探针校准数据。
2.实际测量：如图3所示，由移测机构带动毛细管1绕探针头部2的中心轴线旋转，分别在-45°，0°和+45°三个转角下获取流场压力数据，此时毛细管1的测压孔101始终处于空间同一位置，利用三孔探针数据处理方法获得气流角、马赫数、总压和静压等流场参数。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针，其特征在于，所述的偏心圆柱单孔气动探针包括毛细管（1）、探针头部（2）和支杆（3）；
毛细管（1）的前端封闭后端开口，毛细管（1）前段管壁上开有1个与毛细管（1）表面垂直的测压孔（101），毛细管（1）的直径为d；
探针头部（2）从前至后分为探针头部前段（201）、探针头部中段（202）和探针头部后段（205），探针头部前段（201）为圆锥台体，探针头部中段（202）为与圆锥台体底面直径相等的圆柱体，探针头部后段（205）为直径小于圆柱体的螺杆；探针头部（2）内设置有前后贯穿的台阶孔（203），台阶孔（203）与探针头部（2）的中心轴线平行，台阶孔（203）的中心轴线与探针头部（2）的中心轴线的垂直距离为d/2，台阶孔（203）前段的孔径为d，台阶孔（203）后段的孔径大于d；
支杆（3）为与圆柱体直径相等的圆柱管体，支杆（3）通过螺纹连接方式与探针头部后段（205）固定连接；
毛细管（1）从后至前插入台阶孔（203），与台阶孔（203）前段过度配合，毛细管（1）的测压孔（101）伸出台阶孔（203）、位于探针头部（2）的中心轴线上，毛细管（1）后端伸出探针头部后段（205）并在支杆（3）内连接测压软管，将测压孔（101）感受的压力引出至压力传感器进行测量；
所述的偏心圆柱单孔气动探针通过定位平面Ⅰ（204）和定位平面Ⅱ（301）对齐方式确定探针头部（2）和支杆（3）的安装定位，还通过定位平面Ⅰ（204）和定位平面Ⅱ（301）调整初始零度；通过定位平面Ⅲ（302）与移测机构进行安装定位；由移测机构带动毛细管（1）绕探针头部（2）的中心轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针，其特征在于，所述的毛细管（1）为不锈钢管，通过粘合剂固定在台阶孔（203）内。
3.根据权利要求1所述的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针，其特征在于，所述的探针头部（2）和支杆（3）的材质均为不锈钢。
4.根据权利要求1所述的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针，其特征在于，所述的探针头部（2）的探针头部中段（202）上设置有定位平面Ⅰ（204），支杆（3）的前段上设置有与定位平面Ⅰ（204）对应的定位平面Ⅱ（301）。
5.根据权利要求1所述的高空间测量精度的偏心圆柱单孔气动探针，其特征在于，所述的支杆（3）的前段上设置有安装在移测机构上的定位平面Ⅲ（302）。
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GR01 Patent grant
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