CN114427974A - 一种集成式探针 - Google Patents
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Abstract
本申请属于集成式探针设计技术领域，具体涉及一种集成式探针，包括：承力支杆，以高温合金材料制造，其侧壁具有总温测量孔、总压测量孔，以及具有在总温测量孔两侧分布且与总温测量孔连通的排出孔，在总压测量孔两侧分布的静压测量孔，其内具有连通孔；连通孔的一端延伸到承力支杆的一端，与总温测量孔、总压测量孔及其静压测量孔连通，其内填充高温水泥；热电偶，其测量端穿过连通孔，伸入到总温测量孔中；总压测量引气管，其测量端穿过连通孔，伸入到总压测量孔中；一对静压测量引气管，每个静压测量引气管的测量端穿过连通孔，对应伸入到一个静压测量孔中。
Description
技术领域
本申请属于集成式探针设计技术领域，具体涉及一种集成式探针。
背景技术
航空发动机流道内总温、总压及其静压是体现发动机性能的重要参数，准确的测量得到发动机流道内总温、总压及其静压，对航空发动机的设计、改进具有重要意义。
航空发动机流道内温度较高，当前，对航空发动机流道内总温、总压及其静压多是采用直排式气冷探针、内循环式水冷探针进行测量，其中：
直排式气冷探针以高压冷却气在探针表面形成气膜保护，避免探针被高温侵蚀，不能够布置静压测点，且不能够根据航空发动流道内气流状态的及时的进行调整，冷却效果难以保证，使用寿命有限，此外，冷却通道的设计，会增大探针的迎风面积，探针迎风面积的增大，会增加对航空发动机流道的堵塞效应，影响发动机性能，难以获得准确的测量结果；
内循环式水冷探针以高压冷却水通过对流换热对探针进行冷却，与航空发动机流道内气流存在较大的温差，难以实现对航空发动机流道内总温的准确测量，此外，同样存在不能够根据航空发动流道内气流状态的及时的进行调整，冷却效果难以保证，使用寿命有限，以及设计冷却通道，增大探针的迎风面积，增加对航空发动机流道的堵塞效应，影响发动机性能，难以获得准确的测量结果的问题。
鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。
需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请的目的是提供一种集成式探针，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
本申请的技术方案是：
一种集成式探针，包括：
承力支杆，以高温合金材料制造，其侧壁具有总温测量孔、总压测量孔，以及具有在总温测量孔两侧分布且与总温测量孔连通的排出孔，在总压测量孔两侧分布的静压测量孔，其内具有连通孔；连通孔的一端延伸到承力支杆的一端，与总温测量孔、总压测量孔及其静压测量孔连通，其内填充高温水泥；
热电偶，其测量端穿过连通孔，伸入到总温测量孔中；
总压测量引气管，其测量端穿过连通孔，伸入到总压测量孔中；
一对静压测量引气管，每个静压测量引气管的测量端穿过连通孔，对应伸入到一个静压测量孔中。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，承力支杆上涂覆抗氧化涂层。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，承力支杆上总温测量孔所在截面呈纺锥形，总温测量孔位于纺锥形尖端部位；
承力支杆上总压测量孔及其静压测量孔所在截面呈跑道形，总压测量孔位于跑道形位于纺锥形尖端一侧的顶端部位。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，两个静压测量孔间的夹角为90°。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，总压测量孔及其静压测量孔为球窝型孔。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，还包括：
双孔陶瓷管，在总温测量孔中设置，其上每个孔对应套接在热电偶的一根偶丝上；
两个单孔陶瓷管，每根单孔陶瓷管对应套设接在热电偶的一根偶丝上，一端延伸至双孔陶瓷管，另一端向连通孔内伸展。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，承力支杆外壁具有外壁压接凸出；
集成式探针还包括：
套管，套接在承力支杆上，其内壁具有内壁压接凸出；
压接管，套设在热电偶的偶丝及其总压测量引气管、静压测量引气管的外周，与套管螺纹配合连接，抵靠在承力支杆上，使内壁压接凸出压紧外壁压接凸出，其内灌注高温胶。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，套管、承力支杆间涂抹高温胶。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，套管外壁具有环形安装边。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，套管上具有开口；
总压测量孔、静压测量孔自开口露出。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，承力支杆在长度方向上采用等强度设计。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，还包括：
垫片，在承力支杆、压接管之间设置。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，还包括：
转接管，套设在总压测量引气管、静压测量引气管的外周，与压接管螺纹配合连接，其内灌注高温胶；热电偶的偶丝伸入转接管内；
两根补偿导线，每根补偿导线的一端伸入到转接管内，对应与热电偶的一根偶丝连接，其内灌注高温胶。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，转接管背向压接管的一端内具有内螺纹。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，还包括：
集束管，套设在总压测量引气管、静压测量引气管及其补偿导线的外周，与转接管螺纹配合连接，其背向转接管的一端具有双耳片；
卡箍，连接在双耳片上，箍紧总压测量引气管、静压测量引气管及其补偿导线。
根据本申请的至少一个实施例，上述的集成式探针中，热电偶及其相应的总温测量孔、排出孔以及双孔陶瓷管、单孔陶瓷管、补偿导线有多组，各个总温测量孔沿承力支杆的长度方向分布；
总压测量引气管及其相应的总温测量孔有多组，各个总温测量孔沿承力支杆的长度方向分布；
静压测量引气管及其相应的静压测量孔有多对，各对静压测量孔沿承力支杆的长度方向分布。
附图说明
图1是本申请实施例提供的集成式探针的示意图；
图2是本申请实施例提供的集成式探针的装配示意图；
图3是图2的A-A向剖视图；
图4是图2的B-B向剖视图；
图5是图2的C-C向剖视图；
图6是图2的D局部示意图；
图7是本申请实施例提供集成式探针进行静压测试的原理示意图；
其中：
1-承力支杆；2-热电偶；3-总压测量引气管；4-静压测量引气管；5-双孔陶瓷管；6-单孔陶瓷管；7-套管；8-压接管；9-垫片；10-转接管；11-补偿导线；12-集束管；13-卡箍。
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其位置关系仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
下面结合附图1至图7对本申请做进一步详细说明。
一种集成式探针，包括：
承力支杆1，以高温合金材料制造，其侧壁具有总温测量孔、总压测量孔，以及具有在总温测量孔两侧分布且与总温测量孔连通的排出孔，在总压测量孔两侧分布的静压测量孔，其内具有连通孔；连通孔的一端延伸到承力支杆1的一端，与总温测量孔、总压测量孔及其静压测量孔连通，其内填充高温水泥；
热电偶2，其测量端穿过连通孔，伸入到总温测量孔中；
总压测量引气管3，其测量端穿过连通孔，伸入到总压测量孔中；
一对静压测量引气管4，每个静压测量引气管4的测量端穿过连通孔，对应伸入到一个静压测量孔中。
在对航空发动机流道内总温、总压及其静压进行测量时，可将上述实施例公开集成式探针的承力支杆1自航空发动机机匣上的开孔伸入到航空发动机流道内，以在承力支杆1上总温测量孔内设置的热电偶2，对航空发动机流道内总温进行测量，以在承力支杆1上总压测量孔中设置的总压测量引气管3，对航空发动机流道内总压进行测量，以及以在承力支杆1上静压测量孔中设置的静压测量引气管4，对航空发动机流道内静压进行测量，从而实现对航空发动机流道内总温、总压及其静压测量的集成，使用方便。
以在承力支杆1上静压测量孔中设置的静压测量引气管4对航空发动机流道内静压进行测量的原理可参见图7，忽略气流沿程损失，根据气流总压不变原理，航空发动机流道内来流冲击承力支杆1，在承力支杆1上E点滞止，流速为零，静压数值达到最大，等于来流时的总压，在该处开设总压测量孔，配合总压测量引气管3的设置，可实现对航空发动机流道内总压的测量，航空发动机流道内来流冲击承力支杆1后，会发生绕流，绕流过程中其速度不断增大，在承力支杆1上存在F点，航空发动机流道内来流绕流到F点时，其速度VF大于来流时的速度V∞，在F点处，其静压小于来流时的静压，则可推断承力支杆1上E点、F点之间必然会存在G点，使其静压等于来流时的静压，将静压测量孔在G点处开设，配合静压测量引气管4，可实现对航空发动流道内静压的测量，设计承力支杆1上在总压测量孔两侧分布一对静压测量孔，取相应两根静压测量引气管4引入气流掺混的压力均值作为航空发动机流道内的静压值，可在承力支杆1上总压测量孔偏离航空发动机流道内来流方向时，保证对航空发动机流道内的静压测量的准确性。
对于上述实施例公开的集成式探针，领域内技术人员还可以理解的是，其承力支杆1为主要的承力结构，设计承力支杆1，以高温合金材料制造，具有较高的耐高温性能，能够很好的适应航空发动机流道内的高温环境，具有较高的使用寿命，无需以高压冷却气、冷却水进行冷却，结构简单，能够在其上集成总温、总压及其静压测量，且可设计具有较小的迎风面积，避免对航空发动机流道产生严重堵塞效应，影响发动机性能，保证能够获得准确的测量结果。
对于上述实施例公开的集成式探针，领域内技术人员还可以理解的是，其直接在承力支杆1上开设设置热电偶2测量端的总温测量孔，以及在总温测量孔两侧分布且与总温测量孔连通的排出孔，取消了总温测量的屏蔽罩，将屏蔽罩的功能内置于承力支杆1，可减少凸出部位，可避免对对航空发动机流道产生严重堵塞效应，影响发动机性能，保证能够获得准确的测量结果。
对于上述实施例公开的集成式探针，领域内技术人员还可以理解的是，在承力支杆1连通孔内填充高温水泥，一方面，可可靠的实现对连通孔内热电偶2偶丝、总压测量引气管3、静压测量引气管4的定位，另一方面，可有效的保证热电偶2偶丝间的绝缘性。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，承力支杆1上涂覆抗氧化涂层，以增强承力支杆1的耐高温性能，其具体型号可由相关技术人员在使用本申请公开的技术方案时，根据具体实际进行选用。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，承力支杆1上总温测量孔所在截面呈纺锥形，总温测量孔位于纺锥形尖端部位，如图3所示。
对于上述实施例公开的集成式探针，领域内技术人员可以理解的是，设计承力支杆1上总温测量孔所在截面呈纺锥形，将总温测量孔设计位于纺锥形的尖端部位，可降低航空发动机流道内流阻，减少迎风面积，保证测量精度。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，承力支杆1上总压测量孔及其静压测量孔所在截面呈跑道形，总压测量孔位于跑道形位于纺锥形尖端一侧的顶端部位，如图4-5所示。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，依据数值仿真与风洞校准试验结果，设计两个静压测量孔间的夹角为90°，即45°角对开，对航空发动机流道内静压具有较高的测量准确性、稳定性。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，总压测量孔及其静压测量孔为球窝型孔，以增大对航空发动机流道内总压测量、静压测量的不敏感角范围，保证测量准确性。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，还包括：
双孔陶瓷管5，在总温测量孔中设置，其上每个孔对应套接在热电偶2的一根偶丝上，以保证热电偶2两根偶丝在该处的绝缘性；
两个单孔陶瓷管6，较易弯折，每根单孔陶瓷管6对应套设接在热电偶2的一根偶丝上，一端延伸至双孔陶瓷管5，另一端向连通孔内伸展，以保护对应的偶丝，。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，承力支杆1外壁具有外壁压接凸出；
集成式探针还包括：
套管7，套接在承力支杆1上，其内壁具有内壁压接凸出；
压接管8，套设在热电偶2的偶丝及其总压测量引气管3、静压测量引气管4的外周，与套管7螺纹配合连接，抵靠在承力支杆1上，使内壁压接凸出压紧外壁压接凸出，实行对承力支杆1的定位，其内灌注高温胶，可实现对其内热电偶2偶丝、总压测量引气管3、静压测量引气管4的可靠定位，以及保证热电偶2偶丝间的绝缘性。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，套管7、承力支杆1间涂抹高温胶，以保证套管7、承力支杆1间的密封，以及保护承力支杆1上的抗氧化涂层。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，套管7外壁具有环形安装边，该环形安装边可在对航空发动机流道内总温、总压及其静压进行测量时，承力支杆1在航空发动机机匣上开孔伸入到航空发动机流道内后，通过螺栓连接在航空发动机机匣上，将集成式探针可靠的连接在航空发动机机匣上，保证对航空发动机流道内总温、总压及其静压测量的准确性。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，套管7上具有开口；
总压测量孔、静压测量孔自开口露出，即套管7上的开口避开承力支杆1上的总压测量孔、静压测量孔，该种设计可使得套管7能够在较大长度范围内环绕承力支杆1，为承力支杆1提供支撑防护，保证承力支杆1的使用寿命。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，承力支杆1在长度方向上采用等强度设计，以保证承力支杆1的使用寿命。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，还包括：
垫片9，在承力支杆1、压接管8之间设置。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，还包括：
转接管10，套设在总压测量引气管3、静压测量引气管4的外周，与压接管8螺纹配合连接，其内灌注高温胶；热电偶2的偶丝伸入转接管10内；
两根补偿导线11，每根补偿导线11的一端伸入到转接管10内，对应与热电偶2的一根偶丝连接，其内灌注高温胶，可实现对其内热电偶2偶丝及其补偿导线11、总压测量引气管3、静压测量引气管4的可靠定位，以及保证热电偶2偶丝间的绝缘性，热电偶2偶丝与补偿导线11间连接的可靠性。
对于上述实施例公开的集成式探针，领域内技术人员还可以理解的是，转接管10与承力支杆1间通过套管7、压接管8以螺纹配合的形式连接，组装方便，且可避免焊接连接对热电偶2偶丝、补偿导线11的导线造成损伤。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，转接管10背向压接管8的一端内具有内螺纹，以增大与高温胶的接触面积，提升封接稳定性、可靠性。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，还包括：
集束管12，套设在总压测量引气管3、静压测量引气管4及其补偿导线11的外周，与转接管10螺纹配合连接，其背向转接管10的一端具有双耳片；
卡箍13，连接在双耳片上，箍紧总压测量引气管3、静压测量引气管4及其补偿导线11。
在一些可选的实施例中，上述的集成式探针中，热电偶2及其相应的总温测量孔、排出孔以及双孔陶瓷管5、单孔陶瓷管5、补偿导线11有多组，各个总温测量孔沿承力支杆1的长度方向分布；
总压测量引气管3及其相应的总温测量孔有多组，各个总温测量孔沿承力支杆1的长度方向分布；
静压测量引气管4及其相应的静压测量孔有多对，各对静压测量孔沿承力支杆1的长度方向分布。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集成式探针，其特征在于，包括：
承力支杆(1)，以高温合金材料制造，其侧壁具有总温测量孔、总压测量孔，以及具有在所述总温测量孔两侧分布且与所述总温测量孔连通的排出孔，在所述总压测量孔两侧分布的静压测量孔，其内具有连通孔；所述连通孔的一端延伸到所述承力支杆(1)的一端，与所述总温测量孔、所述总压测量孔及其所述静压测量孔连通，其内填充高温水泥；
热电偶(2)，其测量端穿过所述连通孔，伸入到所述总温测量孔中；
总压测量引气管(3)，其测量端穿过所述连通孔，伸入到所述总压测量孔中；
一对静压测量引气管(4)，每个所述静压测量引气管(4)的测量端穿过所述连通孔，对应伸入到一个所述静压测量孔中。
2.根据权利要求1所述的集成式探针，其特征在于，
所述承力支杆(1)上涂覆抗氧化涂层。
3.根据权利要求1所述的集成式探针，其特征在于，
所述承力支杆(1)上所述总温测量孔所在截面呈纺锥形，所述总温测量孔位于纺锥形尖端部位；
所述承力支杆(1)上所述总压测量孔及其静压测量孔所在截面呈跑道形，所述总压测量孔位于跑道形位于纺锥形尖端一侧的顶端部位。
4.根据权利要求1所述的集成式探针，其特征在于，
两个所述静压测量孔间的夹角为90°。
5.根据权利要求1所述的集成式探针，其特征在于，
还包括：
双孔陶瓷管(5)，在所述总温测量孔中设置，其上每个孔对应套接在所述热电偶(2)的一根偶丝上；
两个单孔陶瓷管(6)，每根所述单孔陶瓷管(6)对应套设接在所述热电偶(2)的一根偶丝上，一端延伸至所述双孔陶瓷管(5)，另一端向所述连通孔内伸展。
6.根据权利要求1所述的集成式探针，其特征在于，
所述承力支杆(1)外壁具有外壁压接凸出；
所述集成式探针还包括：
套管(7)，套接在所述承力支杆(1)上，其内壁具有内壁压接凸出；
压接管(8)，套设在所述热电偶(2)的偶丝及其所述总压测量引气管(3)、所述静压测量引气管(4)的外周，与所述套管(7)螺纹配合连接，抵靠在所述承力支杆(1)上，使所述内壁压接凸出压紧所述外壁压接凸出，其内灌注高温胶。
7.根据权利要求6所述的集成式探针，其特征在于，
所述套管(7)上具有开口；
所述总压测量孔、所述静压测量孔自所述开口露出。
8.根据权利要求6所述的集成式探针，其特征在于，
还包括：
转接管(10)，套设在所述总压测量引气管(3)、所述静压测量引气管(4)的外周，与所述压接管(8)螺纹配合连接，其内灌注高温胶；所述热电偶(2)的偶丝伸入所述转接管(10)内；
两根补偿导线(11)，每根所述补偿导线(11)的一端伸入到所述转接管(10)内，对应与所述热电偶(2)的一根偶丝连接，其内灌注高温胶。
9.根据权利要求8所述的集成式探针，其特征在于，
所述转接管(10)背向所述压接管(8)的一端内具有内螺纹。
10.根据权利要求8所述的集成式探针，其特征在于，
还包括：
集束管(12)，套设在所述总压测量引气管(3)、所述静压测量引气管(4)及其所述补偿导线(11)的外周，与所述转接管(10)螺纹配合连接，其背向转接管(10)的一端具有双耳片；
卡箍(13)，连接在所述双耳片上，箍紧所述总压测量引气管(3)、所述静压测量引气管(4)及其所述补偿导线(11)。
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