CN116124414A - 一种用于静压波动测量的探针 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超声速空气动力试验设备技术领域，公开了一种用于静压波动测量的探针。探针包括从前至后通过螺纹顺序连接的探针前段和探针后段；探针前段和探针后段之间隔离有中间密封体；脉动压力传感器固定在探针前段的中空腔体内，并在脉动压力传感器的前端围成前段空腔，前段空腔对应的管体上设置有沿周向均匀分布的测压孔Ⅰ；尾端密封体固定到探针后段的中空腔体内，并在脉动压力传感器的后端围成后段空腔，后段空腔对应的管体上设置有沿周向均匀分布的测压孔Ⅱ；脉动压力传感器的信号线穿过中间密封体，经后段空腔，最后穿过尾端密封体伸出探针。探针刚度好，结构可靠，测量准确，能够解决小型超声速空气动力试验设备静压波动测量的问题。

Description

一种用于静压波动测量的探针
技术领域
本发明属于超声速空气动力试验设备技术领域，具体涉及一种用于静压波动测量的探针。
背景技术
在超声速空气动力试验设备中，通常需要配置静压波动测量装置来确定核心流较小波动区域的范围。通常的测量方式是将响应频率较高、测量精度也较高的脉动压力传感器安装到伸入流场的支架上，使传感器与核心流接触，直接测量核心流的气流压力波动。
目前，在超声速空气动力试验设备中通常采用将脉动压力传感器嵌入10°锥中的方式进行静压波动测量。具体方式是在10°锥的圆锥体表面设置传感器安装孔，将传感器直接插入安装孔，传感器压力采集端与气流接触，传输电缆端从圆锥体内部引出，试验时即可直接测量压力波动。这种方式适用于大中型的超声速空气动力试验设备。
随着超声速空气动力试验设备尺寸小型化后，气流通道变小，直接安装传感器的方式将减小流场的通气面积，造成气流堵塞和流场变化，影响测量的准确度。对于气流通道比较小的小型超声速空气动力试验设备，10°锥测量装置就不适用了。
当前，亟需发展一种具有较小的截面积（细）的用于静压波动测量的探针，既能够满足截面积与气流通道的占比要求，又能够避免气流堵塞，同时具有足够的刚度，避免由于自身的抖动扰乱气流影响测量精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是发展一种用于静压波动测量的探针，以解决小型超声速空气动力试验设备静压波动测量的问题。
本发明的用于静压波动测量的探针，其特点是，所述的探针包括从前至后通过螺纹顺序连接的探针前段和探针后段，探针前段从圆锥管体Ⅰ平滑过渡到圆管Ⅰ，探针后段从圆管Ⅱ平滑过渡到圆锥管体Ⅱ再平滑过渡到圆管Ⅲ，圆管Ⅲ的后端设置有与支撑机构连接的安装接口；圆管Ⅰ和圆管Ⅱ的外径相等且小于圆管Ⅲ的外径；圆锥管体Ⅰ的锥角小于圆锥管体Ⅱ的锥角；探针前段和探针后段之间隔离有中间密封体；
脉动压力传感器固定在探针前段的中空腔体内，并在脉动压力传感器的前端围成前段空腔，前段空腔对应的圆管Ⅰ的管体上设置有沿周向均匀分布的测压孔Ⅰ；尾端密封体固定到探针后段的中空腔体内，并在脉动压力传感器的后端围成后段空腔，后段空腔对应的圆管Ⅱ的管体上设置有沿周向均匀分布的测压孔Ⅱ；脉动压力传感器的信号线穿过中间密封体，经后段空腔，最后穿过尾端密封体伸出探针。
进一步地，所述的脉动压力传感器采用差压型传感器，脉动压力传感器的前端感受前段空腔的波动信号，脉动压力传感器的后端感受后段空腔的静压，输出差压值作为波动信号。
进一步地，所述的脉动压力传感器和尾端密封体均通过胶接的方式安装固定。
进一步地，所述的测压孔Ⅰ和测压孔Ⅱ的中心轴线均与探针的中心轴线垂直，垂直度偏差小于等于0.1°。
本发明的用于静压波动测量的探针的工作原理是在探针内部设置相互隔离的前段空腔和后段空腔。前段空腔通过测压孔Ⅰ与核心流联通。将脉动压力传感器放置于探针内部，脉动压力传感器采用差压型传感器，脉动压力传感器的前端感受前段空腔的波动信号，脉动压力传感器的后端通过后端空腔提供的稳压源作为参考端，输出差压值作为波动信号。
本发明的用于静压波动测量的探针的整体长度由气流载荷来确定，远离测量区域的圆管Ⅲ作为尾端，通过局部加粗尾端的方式提高探针的结构刚度。
本发明的用于静压波动测量的探针利用在探针内部设置的带测压孔的空腔与脉动压力传感器来实现小型超声速空气动力试验设备静压波动测量，减小了探针的外形尺寸，有效控制了探针截面积与气流通道的占比要求，保证了静压波动测量的准确性，具有较好的刚度，结构安全可靠，测量结果准确，能够解决小型超声速空气动力试验设备静压波动测量的问题，也可拓展用于其他需要静压波动测量的试验设备中。
附图说明
图1为本发明的用于静压波动测量的探针的主剖视图；
图2为本发明的用于静压波动测量的探针的局部放大图Ⅰ；
图3为本发明的用于静压波动测量的探针的局部放大图Ⅱ；
图4为本发明的用于静压波动测量的探针的局部放大图Ⅲ。
图中，1.脉动压力传感器；2.探针前段；3.中间密封体；4.探针后段；5.尾端密封体；6.测压孔Ⅰ；7.信号线；8.测压孔Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1~图4所示，本发明的用于静压波动测量的探针包括从前至后通过螺纹顺序连接的探针前段2和探针后段4，探针前段2从圆锥管体Ⅰ平滑过渡到圆管Ⅰ，探针后段4从圆管Ⅱ平滑过渡到圆锥管体Ⅱ再平滑过渡到圆管Ⅲ，圆管Ⅲ的后端设置有与支撑机构连接的安装接口；圆管Ⅰ和圆管Ⅱ的外径相等且小于圆管Ⅲ的外径；圆锥管体Ⅰ的锥角小于圆锥管体Ⅱ的锥角；探针前段2和探针后段4之间隔离有中间密封体3；
脉动压力传感器1固定在探针前段2的中空腔体内，并在脉动压力传感器1的前端围成前段空腔，前段空腔对应的圆管Ⅰ的管体上设置有沿周向均匀分布的测压孔Ⅰ6；尾端密封体5固定到探针后段4的中空腔体内，并在脉动压力传感器1的后端围成后段空腔，后段空腔对应的圆管Ⅱ的管体上设置有沿周向均匀分布的测压孔Ⅱ8；脉动压力传感器1的信号线7穿过中间密封体3，经后段空腔，最后穿过尾端密封体5伸出探针。
进一步地，所述的脉动压力传感器1采用差压型传感器，脉动压力传感器1的前端感受前段空腔的波动信号，脉动压力传感器1的后端感受后段空腔的静压，输出差压值作为波动信号。
进一步地，所述的脉动压力传感器1和尾端密封体5均通过胶接的方式安装固定。
进一步地，所述的测压孔Ⅰ6和测压孔Ⅱ8的中心轴线均与探针的中心轴线垂直，垂直度偏差小于等于0.1°。
实施例1：
本实施例的用于静压波动测量的探针首次应用于某超声速空气动力试验装置中，该试验装置气流通道的截面非常小，仅为300mm×150mm，采用常规的测量装置无法满足气流堵塞的要求。
本实施例的用于静压波动测量的探针包括脉动压力传感器1、探针前段2、中间密封体3、探针后段4、尾端密封体5、测压孔Ⅰ6、信号线7和测压孔Ⅱ8；脉动压力传感器1通过密封胶固定到探针前段2内，并在脉动压力传感器1前端围成前段空腔；探针后段4通过螺纹连接方式与探针前段2连接；探针前段2和探针后段4之间设置中间密封体3，探针后段4压紧中间密封体3；探针后段4内部通过胶接的方式安装尾端密封体5；探针后段4通过安装接口与固定支架连接。
本实施例的用于静压波动测量的探针的整体长度根据气流载荷确定为250mm。探针前段2为局部中空结构，采用圆锥管体Ⅰ平滑过渡到圆管Ⅰ的外形，圆管Ⅰ的直径为Φ4mm。探针后段4为全中空结构，采用圆管Ⅱ平滑过渡到圆锥管体Ⅱ再平滑过渡到圆管Ⅲ的外形，圆管Ⅱ的直径为Φ4mm，在远离测量区域的尾端部分圆管Ⅲ加粗到Φ10mm，保证了结构刚度。
在探针前段2的前段空腔的同一截面上沿圆周均布4个测压孔Ⅰ6，测压孔Ⅰ6的中心轴线与探针的中心轴线垂直，角度偏差为0.08°。在探针后段4的后段空腔的同一截面上沿圆周均布4个测压孔Ⅱ8，测压孔Ⅱ8的中心轴线与探针的中心轴线垂直，角度偏差也为0.08°。脉动压力传感器1通过密封胶固定到探针前段2的中空腔体内，在脉动压力传感器1的前端围成前段空腔，前段空腔仅通过测压孔Ⅰ6与外界相通。中间密封体3被探针前段2和探针后段4夹紧，信号线7穿过中间密封体3。探针后段4的后端通过密封胶将尾端密封体5固定到后段空腔内，后段空腔仅通过测压孔Ⅱ8与外界相通，仅信号线7穿过尾端密封体5。中间密封体3使探针前段2的前段空腔与探针后段4的后段腔体相互隔绝。
脉动压力传感器1采用差压型传感器，脉动压力传感器1的前端感受前段空腔内的波动信号，脉动压力传感器1的后端采集后段空腔内的静压，输出差压值作为波动信号，即测得了气流通道内核心流的静压波动。测得的结果通过试验对比验证，能够有效满足静压波动测量准确性的要求。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种用于静压波动测量的探针，其特征在于，所述的探针包括从前至后通过螺纹顺序连接的探针前段（2）和探针后段（4），探针前段（2）从圆锥管体Ⅰ平滑过渡到圆管Ⅰ，探针后段（4）从圆管Ⅱ平滑过渡到圆锥管体Ⅱ再平滑过渡到圆管Ⅲ，圆管Ⅲ的后端设置有与支撑机构连接的安装接口；圆管Ⅰ和圆管Ⅱ的外径相等且小于圆管Ⅲ的外径；圆锥管体Ⅰ的锥角小于圆锥管体Ⅱ的锥角；探针前段（2）和探针后段（4）之间隔离有中间密封体（3）；
脉动压力传感器（1）固定在探针前段（2）的中空腔体内，并在脉动压力传感器（1）的前端围成前段空腔，前段空腔对应的圆管Ⅰ的管体上设置有沿周向均匀分布的测压孔Ⅰ（6）；尾端密封体（5）固定到探针后段（4）的中空腔体内，并在脉动压力传感器（1）的后端围成后段空腔，后段空腔对应的圆管Ⅱ的管体上设置有沿周向均匀分布的测压孔Ⅱ（8）；脉动压力传感器（1）的信号线（7）穿过中间密封体（3），经后段空腔，最后穿过尾端密封体（5）伸出探针。
2.根据权利要求1所述的用于静压波动测量的探针，其特征在于，所述的脉动压力传感器（1）采用差压型传感器，脉动压力传感器（1）的前端感受前段空腔的波动信号，脉动压力传感器（1）的后端感受后段空腔的静压，输出差压值作为波动信号。
3.根据权利要求1所述的用于静压波动测量的探针，其特征在于，所述的脉动压力传感器（1）和尾端密封体（5）均通过胶接的方式安装固定。
4.根据权利要求1所述的用于静压波动测量的探针，其特征在于，所述的测压孔Ⅰ（6）和测压孔Ⅱ（8）的中心轴线均与探针的中心轴线垂直，垂直度偏差小于等于0.1°。
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