CN218646558U - 风洞动态压力测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了风洞动态压力测量装置，排架上设置有放置槽，排架的一侧面设置有若干安装孔，安装孔与放置槽连通，安装孔与探针的一端可拆卸连接，排架的另一侧面与内部中空的支撑杆连接，支撑杆与排架连接。本装置具备研究参考探针、测量探针两者之间间距对风洞脉动压力测试的影响；本装置具备研究传感器前端不同长度空腔对风洞脉动压力测试的影响；同时本装置还兼顾风洞总、静压脉动压力测试的能力。本装置小巧，适用于各类风洞脉动压力测试的影响，有效保证了风洞动态压力流场高精度、高响应频率及流场干扰小的严苛需求。

Description

风洞动态压力测量装置

技术领域

本实用新型涉及风洞测试，具体涉及风洞动态压力测量装置。

背景技术

在超声速飞行器设计中，边界层转捩位置是一个重要参数，对于下一代超声速机动和隐身的飞行器，边界层转捩特性尤为重要。低湍流度、低噪声超声速风洞也称“寂静”超声速风洞，是研究超声速条件下边界层转捩的必要设备，其流场湍流度需达到飞行器在巡航高度的空气湍流度的水平。

“寂静”超声速风洞流场中存在静压脉动很小的区域称为“寂静”区，“寂静”特性指的就是静压脉动值很小的这种特征。目前，风洞中的流场参数测量通常是采用气动探针来实现。将气动探针置于风洞流场中，通过探针上的引压孔来获取风洞流场的气压，并使用引压管将气压引出到洞体外，然后，在洞体外部配置具有压力传感器、放大器与数据采集器的测量系统对气压数据进行采集与处理，从而实现风洞流场参数的测量。

但现有的测量装置及方法存在以下问题：

1、不能实现风洞不同横向位置动态压力测量、参考探针与测量探针之间间距对测试的影响探究。

2、“寂静”超声速风洞流场动态压力测量试验引入的干扰太大，难以保证动态压力测量的精度；

3、不能同时对静压的脉动和风洞总压的脉动进行测量；

4、不能实现探针前端不同长度空腔对测试的影响探究。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供风洞动态压力测量装置，通过探针与排架的设置使本装置能够实现风洞不同横向位置动态压力测量、参考探针与测量探针之间间距对测试的影响探究。

该目的采用以下技术方案实现：

现有的测量装置包括探针和排架，通过探针和侧移机构的连接实现对风洞动态压力的测量，但其测量情况单一，不能实现多种情况下对风洞动态压力测量的影响探究，因此本发明人在此基础上研发了一种测量装置，该装置包括测量探针、参考探针和排架，排架上设置有放置槽，排架的一侧面设置有若干安装孔，安装孔与放置槽连通，安装孔与探针的一端可拆卸连接，排架的另一侧面与内部中空的支撑杆连接，支撑杆与排架连接。在使用时，可通过将测量探针和参考探针连接在排架不同位置的安装孔上，实现参考探针、测量探针间距对脉动压力测试的影响，同时实现风洞不同横向位置动态压力测量。

进一步的，在测量时，通常都是对风洞静压的脉动测量，较少有对风洞总压的脉动测量，本装置将测量探针设置为可拆卸连接的测量探针前段和测量探针后段，需要测量静压进行测量时，将测量探针前段更换为静压前段，需要测量总压时，将测量探针前段更换为总压前段。静压前段和总压前段均设置有气流感受腔，测量探针后段设置有连通的内腔和用于安装差压传感器的第一安装腔，测量探针后段与测量探针前段连接时，气流感受腔与第一安装腔连通。

对于静压前段而言，静压前段的前端的侧面设置有倒角，气流感受腔为沿静压前段周向均布开设四个通孔，静压前段的后端设置有内腔，内腔与四个通孔均连通，且静压前段与测量探针后段连接时，第一安装腔与四个通孔及静压前段内腔连通。

对于总压前段而言，总压前段的前端的侧面设置有倒角，总压前段的后端设置有内腔，气流感受腔为设置在前端的凹槽，且凹槽与后端的内腔连通，其前段的凹槽用于感受气流。总压前段与测量探针后段连接时，第一安装腔与总压前段的凹槽及后端的内腔连通。

因此根据需要替换测量探针前段，可实现对静压的脉动和风洞总压的脉动的测量。

更进一步的，测量探针前段和测量探针后段之间连接有测量调整环。测量调整环位于测量探针前段和测量探针后段之间的连接处，数量若干，用于调整测量探针前段内腔长度。当需要对探针前端不同长度空腔对测试的影响进行探究时，可通过调节调整环的数量进行探究。

在上述结构中，参考探针的结构与测量探针的结构相互匹配，参考探针包括可拆卸连接的参考探针前段和参考探针后段，参考探针前段设置有气流感受腔，参考探针后段设置有内腔，参考探针前段和参考探针后段连接时，气流感受腔与内腔连通。参考探针前段和参考探针后段之间连接有参考调整环。参考探针与测量探针结构类似，主要区别在于参考探针各段长度小于测量探针，且参考探针后段无用于安装差压传感器的第一安装腔，即参考探针的内腔为等截面通孔，无安装台阶。

优选的，安装孔的一端与探针连接，安装孔的另一端与转接头连接，所述转接头用于连接探针和三通管。三通管的设置再配合测量方法的使用，能够使本装置在探针前端不同长度空腔对测试的影响，以及对静压的脉动和风洞总压的脉动进行测量时，可以直接更换测量探针前段、参考探针前段以及增减测量调整环和参考调整环，不需要调整排架内线缆、气管的连接。

具体的，该测量方法包括以下步骤：

将测量探针和参考探针的一端分别连接在排架的安装孔上；放置槽内设置有用于安装绝压传感器的安装槽。将三通管连接在连接有参考探针的安装孔上；将测量探针内的差压传感器的气管、绝压传感器气管分别连接在三通管的两个端口上；差压传感器线缆、绝压传感器的线缆通过支撑杆内部引出。

这样在调整时直接调整测量探针前段、参考探针前段或增减测量调整环和参考调整环即可，操作更加便捷。

另一方面，本装置的探针的直径小于或等于5mm。排架宽度小于或等于70mm，高度小于或等于10mm。本装置结构小巧，适用于各类风洞(含总、静压)脉动压力测试的影响，特别在小型超声速风洞中优势更为突出。在测量过程中，能够有效避免测量装置本身产生的干扰引入，进一步提高“寂静”超声速风洞流场动态压力测量的精度。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型风洞动态压力测量装置，本装置具备研究参考探针、测量探针两者之间间距对风洞(含总、静压)脉动压力测试的影响；本装置具备研究传感器前端不同长度(或高度)空腔对风洞(含总、静压)脉动压力测试的影响；同时本装置还兼顾风洞总、静压脉动压力测试的能力。本装置小巧，适用于各类风洞(含总、静压)脉动压力测试的影响，有效保证了风洞动态压力流场高精度、高响应频率及流场干扰小的严苛需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为实施例1中本装置结构示意图；

图2为实施例1中排架结构示意图；

图3为实施例2中测量探针结构示意图；

图4为实施例2中参考探针结构示意图；

图5为实施例2中静压前段结构示意图；

图6为实施例2中总压前段结构示意图；

图7为实施例3中测量探针和参考探针分别连接有测量调整环和参考调整环结构示意图；

图8为实施例5中三通管连接方式示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-排架，2-放置槽，3-安装孔，4-安装槽，5-连孔，6-连接盖，7-转接头，8-测量探针，81-测量探针前段，82-测量调整环，83-测量探针后段，9-参考探针，91-参考探针前段，92-参考调整环，93-参考探针后段，10-支撑杆，11-总压前段，12-静压前段，13-三通管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，本装置包括探针和排架，所述探针包括测量探针8和参考探针9，本装置还包括排架1，排架结构如图2所示，排架1上设置有放置槽2，放置槽2内设置有用于安装绝压传感器的安装槽4，放置槽2上与连接盖6通过螺栓连接，排架1的一侧面设置有若干安装孔3，安装孔3与放置槽2连通，安装孔3与探针的一端可拆卸连接，排架1的另一侧面与内部中空的支撑杆10连接，支撑杆10与排架连接。连接时，支撑杆与探针相互平行。

在一个或多个实施例中，测量探针8和参考探针9与安装孔3通过螺纹连接。

在一个或多个实施例中，排架1与安装孔相对的另一个侧面上设置有连孔5，连孔5用于连接支撑杆10，在部分实施例中连孔5与支撑杆10螺纹连接或焊接。

在使用时，可通过将测量探针和参考探针分别连接在不同的安装孔上，进而实现参考探针与测量探针之间间距对测试的影响探究。

在测量过程中，气流通过探针头流入，由压力传感器实现来流阵风参数的实时获取，探针头处的气流压力信号会以转换为电压信号的方式输出。在测量过程中，气流通过探针头流入，由压力传感器实现来流阵风参数的实时获取，探针头处的气流压力信号会以转换为电压信号的方式输出至排架。具体的，在吹风过程中，(静压动态压力测量时)气流通过测量探针前段和参考探针前段开设的四个通孔(即静压孔)分别进入两个探针的气流感受腔，其中，测量探针前段的差压传感器测量端(差压传感器含测量端与参考端)感受气流压力；参考探针内，气流则通过气流感受腔、内腔引至三通管13，而三通管与测量探针前段的差压传感器的参考端及绝压传感器感受端相连(由于测量探针与参考探针静压孔位置距离较近，认为两根探针处静压孔处感受的气流静压相同，即将参考探针感受的静压作为测量探针差压传感器参考端的压力)；测量探针前段的差压传感器测量的压力为测量端压力与参考端压力差值，其中测量端压力为气流实际压力(含脉动值)，而参考端压力为气流稳态压力值，两者之间的差值即为动态压力值；相关压力通过差压传感器、绝压传感器转换成电压信号，并经过数据采集系统分析、转换后输出。由此，即实现了静压动态压力的测量，并同时测出了两根探针静压孔处的绝对压力。

实施例2

在上述实施例的基础上，如图3所示测量探针8包括可拆卸连接的测量探针前段81和测量探针后段83，测量探针前段81设置有气流感受腔，测量探针后段83设置有连通的内腔和用于安装差压传感器的第一安装腔，测量探针后段83与测量探针前段81连接时，气流感受腔与第一安装腔连通。对应的，参考探针9的结构如图4所示，参考探针9包括可拆卸连接的参考探针前段91和参考探针后段93，参考探针前段91设置有气流感受腔，参考探针后段93设置有内腔，参考探针前段91和参考探针后段93连接时，气流感受腔与内腔连通。参考探针与测量探针结构类似，主要区别在于参考探针各段长度小于测量探针，且参考探针后段无用于安装差压传感器的第一安装腔，即参考探针的内腔为等截面通孔，无安装台阶。

在本实施例中测量探针前段81为静压前段12或总压前段11。在使用时根据需要更换静压前段12或总压前段11。

在一个或多个实施例中，静压前段如图5所示，静压前段的前端的为锥形，气流感受腔为沿静压前段周向均布开设四个通孔，静压前段的后端设置有内腔，内腔与四个通孔均连通，且静压前段与测量探针后段83连接时，第一安装腔与四个通孔及静压前段内腔连通。

在一个或多个实施例中，总压前段如图6所示，总压前段的前端的侧面设置有倒角，总压前段的后端设置有内腔，气流感受腔为设置在前端的凹槽，且凹槽与后端的内腔连通，其前段的凹槽用于感受气流。总压前段与测量探针后段83连接时，第一安装腔与总压前段的凹槽及后端的内腔连通。

根据需要替换测量探针前段81，可实现对静压的脉动和风洞总压的脉动的测量。

在一个或多个实施例中，测量探针后段83与测量探针前段81通过螺纹连接。

在一个或多个实施例中，参考探针前段91和参考探针后段93通过螺纹连接。

实施例3

在上述实施例的基础上，如图7所示，测量探针前段81和测量探针后段83之间连接有测量调整环82。参考探针前段91和参考探针后段93之间连接有参考调整环92。测量调整环82和参考调整环92的数量若干，当连接在测量探针前段81和测量探针后段83之间的测量调整环数量越多，测量探针前段81的内腔长度越长，通过车辆调整环和参考调整环调整探针前段内腔长度，实现对探针前端不同长度空腔对测试的影响的探究。

在部分实施例中，参考调整环92与参考探针前段91和参考探针后段93之间均通过螺纹连接；

在部分实施例中，测量调整环82与测量探针前段81和测量探针后段83之间均通过螺纹连接。

实施例4

在上述实施例的基础上，本装置的探针的最大直径为5mm，排架1宽度为60mm，高度为8mm。

在一个或多个实施例中，探针的最大直径为4mm，排架1宽度为60mm，高度为8mm。

在一个或多个实施例中，探针的最大直径为5mm，排架1宽度为70mm，高度为10mm。

本发明人在实验探究的过程中发现，当探针最大直径不超过5mm，排架宽高方向分别不超过70mm、10mm时，在“寂静”超声速风洞流场动态压力测量试验引入的干扰较小，能较好的保证动态压力测量的精度。

实施例5

在上述实施例的基础上，如图7所示，安装孔3的一端与探针连接，安装孔3的另一端与转接头7连接，所述转接头7用于连接探针和三通管13。转接头7与安装孔之间通过螺纹连接，连接后还可以通过螺栓进一步连接。

在使用时，本装置的测量方法包括以下步骤：

将测量探针8和参考探针9的一端分别连接在排架1的安装孔3上；

如图8所示，将三通管13连接在连接有参考探针9的安装孔3上；

将测量探针8内的差压传感器的气管、绝压传感器的气管分别连接在三通管13的两个端口上，连接完毕后，通过胶水固定绝压传感器于安装凹槽，并将差压传感器线缆、绝压传感器线缆通过支撑杆10内腔引出。其中，差压传感器气管的参考端与三通管连接。

确认上传工作完毕且检查无误后，将排架的连接盖6通过螺钉拧紧实现排架封闭。

本文中所使用的“第一”只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.风洞动态压力测量装置，包括探针和排架，其特征在于，所述探针包括测量探针(8)和参考探针(9)，本装置还包括排架(1)，排架(1)上设置有放置槽(2)，排架(1)的一侧面设置有若干安装孔(3)，安装孔(3)与放置槽(2)连通，安装孔(3)与探针的一端可拆卸连接，排架(1)的另一侧面与内部中空的支撑杆(10)连接，支撑杆(10)与排架连接；测量探针(8)包括可拆卸连接的测量探针前段(81)和测量探针后段(83)，参考探针(9)包括可拆卸连接的参考探针前段(91)和参考探针后段(93)。

2.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，测量探针前段(81)设置有气流感受腔，测量探针后段(83)设置有连通的内腔和用于安装差压传感器的第一安装腔，测量探针后段(83)与测量探针前段(81)连接时，气流感受腔与第一安装腔连通。

3.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，测量探针前段(81)和测量探针后段(83)之间可拆卸连接有若干测量调整环(82)。

4.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，参考探针前段(91)设置有气流感受腔，参考探针后段(93)设置有内腔，参考探针前段(91)和参考探针后段(93)连接时，气流感受腔与内腔连通。

5.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，参考探针前段(91)和参考探针后段(93)之间可拆卸连接有若干参考调整环(92)。

6.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，放置槽(2)内设置有用于安装绝压传感器的安装槽(4)。

7.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，安装孔(3)的一端与探针连接，安装孔(3)的另一端与转接头(7)连接，所述转接头(7)用于连接探针和三通管(13)。

8.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，探针的直径小于或等于5mm。

9.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，排架(1)的宽度小于或等于70mm。

10.根据权利要求1所述的风洞动态压力测量装置，其特征在于，排架(1)的高度小于或等于10mm。

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