CN114199501B - 一种二自由度电动式气动探针安装支座 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了一种二自由度电动式气动探针安装支座，具体涉及压气机内部流场测量领域。包括设置在压气机上的底座，底座上开有第一通孔，底座上设有径向支架，径向支架一侧安装有齿条导轨，齿条导轨上啮合有齿条滑块，齿条滑块上螺栓连接有横向支架，横向支架上设有第一电机、旋转台和安装架，第一电机与齿条滑块连接，旋转台上设有转动块和设置在转动块上的探针夹头，探针夹头和转动块上共同穿设有第二通孔，安装架内设有第二电机，第二电机上设有主动齿轮，主动齿轮上啮合有转动连接从动齿轮，从动齿轮采用顶丝固定于探针外杆上。采用本发明技术方案解决了传统的探针支座调节精度第、效率低下的问题，可用于提升压气机的效率及稳定裕度。

Description

一种二自由度电动式气动探针安装支座
技术领域
本发明涉及压气机内部流场测量领域，特别涉及一种二自由度电动式气动探针安装支座。
背景技术
压气机作为航空发动机的三大核心部件之一，对其内部流动的精细化测量有助于提升压气机的效率及稳定裕度。通常情况下存在两种针对压气机内部流动的测量方式，即接触式测量和非接触式测量。非接触式测量由于存在技术上的难题目前并未在压气机上广泛应用，因此现阶段主要以接触式测量为主，包括热线探针或气动探针，二者同为杆状结构，需要安装在专用的探针支座上实现测量目的。对于气动探针，通常存在两种使用方式，即对向测量和非对向测量。对向测量要求探针具备绕自身轴线旋转(通常是由探针支座实现探针旋转)的功能，非对向测量理论上不要求探针绕自身轴线旋转，只需要提前进行探针在一定角度范围(通常为-40°至+40°)内的校准即可。实际上由于压气机内部流动极为复杂，不同径向位置处的气流速度方向差异有可能超过探针的校准范围，因此为了测量不同位置的气流参数，无论是采用对向测量还是非对向测量方式，都必须保证探针支座能够实现探针沿压气机径向移动及绕探针自身轴线旋转的功能。目前国内高校广泛使用的气动探针支座如图1所示，通过丝杆实现探针的径向移动及绕探针轴线的旋转功能，具体来说，探针的径向移动通过手动调节探针座上对应的旋钮并配合游标卡尺来实现，探针绕自身轴线的旋转通过手动调节探针座上特定的旋钮并配角度转盘来实现，其调节精度低、且效率低下。
发明内容
本发明意在提供一种二自由度电动式气动探针安装支座，解决了传统的探针支座调节精度第、效率低下的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种二自由度电动式气动探针安装支座，包括设置在压气机上的底座，所述底座上开有第一通孔，所述底座上设有径向支架，所述径向支架一侧安装有齿条导轨，所述齿条导轨上啮合有齿条滑块，所述齿条滑块上螺栓连接有横向支架，所述横向支架上设有第一电机、转动连接在横向支架板上的旋转台和包覆在旋转台外的安装架，所述第一电机与齿条滑块连接，所述旋转台上设有转动块和设置在转动块上的探针夹头，所述探针夹头和转动块上共同穿设有与第一通孔连通的第二通孔，所述安装架位于电机的一侧，所述安装架内设有第二电机，所述第二电机上设有主动齿轮，所述主动齿轮上啮合有转动连接在有安装架上的从动齿轮，所述从动齿轮采用顶丝固定于探针外杆上。
进一步的，所述第一通孔上螺栓连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母内设有带有开孔的橡胶塞。
通过上述设置，用于约束探针在压气机径向的位置并起到密封作用。
与现有技术相比，本方案的有益效果：
采用传统手动式气动探针安装支座实现对转压气机特性曲线测量时，需要在压气机进口、级间、出口三个位置布置气动探针，每条特性线需要采集10个工况，每个工况需要进行10个叶高位置的测量，测完一条特性线需要至少三个人配合且耗时1天。而采用本方案可实现快速、高定位精度的对压气机内流动参数的测量。在测量数据点不变的情况下，1小时即可完成一条特性线的采集，且所有操作可由一人独立完成，降低了测量人员的工作负担，并且测量结果减少了人为操作的干扰，提高了实验测量结构的可信度。
附图说明
图1是背景技术中传统气动探针安装支座的示意图；
图2是本发明一种二自由度电动式气动探针安装支座与探针配合的结构示意图；
图3是本发明一种二自由度电动式气动探针安装支座的轴侧视图；
图4是本发明一种二自由度电动式气动探针安装支座的轴侧视图；
图5是本发明一种二自由度电动式气动探针安装支座的俯视图；
图6是本实施例中锁紧螺母的结构示意图；
图7是本实施例中径向支架的结构示意图；
图8是本实施例中横向支架的结构示意图；
图9是本实施例中安装架的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：底座1、锁紧螺母2、径向支架3、齿轮导轨4、齿条滑块5、横向支架6、联轴器7、安装座8、旋转台9、转接块10、探针夹头11、空心支柱12、安装架13、主动齿轮14、从动齿轮15、第一电机16、第二电机17。
实施例1
如附图2至图9所示：一种二自由度电动式气动探针安装支座，包括焊接在压气机匣壁面上的底座1，底座1的中心开有第一通孔，第一通孔上螺栓连接有锁紧螺母2，锁紧螺母2内设有带有开孔的橡胶塞，借助橡胶塞来约束探针在压气机径向的位置并起密封作用。底座1上螺栓连接有径向支架3，径向支架3上端的后侧安装有齿条导轨，齿条导轨上啮合有齿条滑块5，齿条滑块5上螺栓连接有横向支架6，横向支架6上开有供径向支架3和齿条导轨通过的连接孔。横向支架6上设有位于径向支架3后侧的第一电机16、转动连接在横向支架6板上的旋转台9和包覆在旋转台9外的安装架13，本实施例中第一电机16采用57步进电机，第一电机16上螺栓连接有设置在横向支架6上的安装座8，第一电机16的输出轴与齿条滑块5的输入轴通过联轴器7连接。旋转台9上设有转动块和设置在转动块上的探针夹头11，探针夹头11和转动块上共同穿设有与第一通孔连通的第二通孔。安装架13的四个角上螺栓连接有固定连接在横向支架6上的空心支柱12，安装架13位于的前侧，安装架13内螺栓连接有第二电机17，本实施例的第二电机17采用42步进电机，第二电机17的输出轴上顶丝固定有主动齿轮14，主动齿轮14上啮合有转动连接在有安装架13上的从动齿轮15，从动齿轮15采用顶丝固定于探针外杆上。
42步进电机及57步进电机需配置电机驱动器及运动控制卡，并在上位机基于C语言或Matlab编写电机控制代码，从而实现探针沿压气机径向及绕自身轴线的高精度运动，。
工作时，启动第一电机16，可利用第一电机16和齿条滑块5来带动横向支架6在齿条导轨上竖向移动，启动第二电机17，可通过第二电机17、主动齿轮14和从动齿轮15来带动探针绕自身轴线的旋转，利用步进电机来实现快速精确的移动。
第一、为了确保探针在使用过程中不会触碰到压气机内部其他部件，必须添加限位装置用于限定探针径向移动范围，通常情况下可采用位置传感器来实现该功能；第二、为了实现探针能够快速移动并且保证较高的位置精度，设置步进电机驱动器的细分数时需进行多次对比；第三、为了保证探针在不同工况下测量位置的一致性，应添加原点传感器实现位置归零功能；第四、为了正确实现探针的旋转功能，主动齿轮14与从动齿轮15需要进行良好的配合，并且对应的电机转速需要进行合理的设定。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (2)

1.一种二自由度电动式气动探针安装支座，其特征在于：包括设置在压气机上的底座，所述底座上开有第一通孔，所述底座上设有径向支架，所述径向支架一侧安装有齿条导轨，所述齿条导轨上啮合有齿条滑块，所述齿条滑块上螺栓连接有横向支架，所述横向支架上设有第一电机、转动连接在横向支架板上的旋转台和包覆在旋转台外的安装架，所述第一电机与齿条滑块连接，所述旋转台上设有转动块和设置在转动块上的探针夹头，所述探针夹头和转动块上共同穿设有与第一通孔连通的第二通孔，所述安装架位于电机的一侧，所述安装架内设有第二电机，所述第二电机上设有主动齿轮，所述主动齿轮上啮合有转动连接在有安装架上的从动齿轮，所述从动齿轮采用顶丝固定于探针外杆上。
2.根据权利要求1所述的一种二自由度电动式气动探针安装支座，其特征在于：所述第一通孔上螺栓连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母内设有带有开孔的橡胶塞。
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