一种提高滞止式总温探针测量精度的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高滞止式总温探针测量精度的方法，在滞止罩进口及滞止室内布置导流片，将滞止罩进口分成上下两部分。本发明专利技术能够较好的组织滞止室内气流，使滞止式总温探针的测量端周围气流速度分布更加均匀，减小气流的脉动性，且能显著的降低冲击测量端的气流速度，减少滞止式总温探针的速度误差，从而提高滞止式总温探针的测量精度。

A method to improve the measurement precision of stagnation type total temperature probe

The invention relates to a method for improving the measuring accuracy of the stagnation temperature probe. The deflector is arranged in the inlet and stagnant chamber of the stagnation hood, and the inlet of the stagnation cover is divided into two parts. The invention can better check the indoor air stagnation, the stagnation type total temperature probe measuring end speed of the peripheral airflow distribution is more uniform, the flow pulsation decreases, and can significantly reduce the impact of air velocity measuring end, reduce the speed error stagnation type temperature probe, so as to improve the measurement accuracy of stagnation total temperature probe.

【技术实现步骤摘要】
一种提高滞止式总温探针测量精度的方法
本专利技术涉及一种提高滞止式总温探针测量精度的方法，尤其是涉及航空发动机或者燃气轮机以及航空航天领域中高速气流的总温测量。
技术介绍
总温探针测量气流温度时所指示的温度实质是冲击其测量端并与之交换热量的那部分气流的温度。气流的总温Tt由静温Ts和动温Td两部分组成即Tt＝Ts+Td，其中动温的大小与气流速度的二次方呈正相关关系，如公式(1)所示。由此可见，如果流经总温探针测温端的气流具有较大的速度，那么总温探针所指示的温度值与气流的总温就有较大的差异，使得测温精度下降。一般采用恢复系数r来衡量气流动温恢复成总温的程度，如公式(2)所示。对于滞止式总温探针，恢复系数r值一般取0.95～0.99。气流因未全部滞止使得仍有一部分动温未全部恢复成总温是产生速度误差△Tv的原因，从速度误差△Tv的计算公式(3)可以看出,速度误差△Tv与测量端周围气流的速度V的大小、方向及均匀度密切相关。其中,Tj为总温探针指示的温度，Cp为定压比热。图1为现有技术中典型的滞止式总温探针示意图。通过给测量端5加装一个滞止罩，使气流通过滞止罩进口1流入滞止室3，冲刷滞止室内壁2，降低气流速度，然后与总温探针的测量端5进行换热，已达到减小速度误差的目的。最终气流通过滞止罩出气孔4流出，这便是采用滞止罩提高总温探针测量精度的原理。对于具有较高速度V的气流的总温的测量，比如航空发动机尾喷管、涡轮出口的高速气流的总温测量，一般给总温探针加装一个滞止罩，以减小冲击测量端气流的速度V，从而减少速度误差△Tv，达到提高测温精度的目的。提高高速气流总温的测温精度对于航空发动机来说是具有重要意义的。当前先进航空发动机涡轮进口温度已经超过2000K，而且每年以20度的趋势向上提升，几乎逼近热端部件材料的极限。这种恶劣的高温环境，容易造成热端部件失效，严重影响其寿命和可靠性。而涡轮进口温度一般是通过测量涡轮出口温度来反推计算得到的。涡轮出口的温度一般采用滞止式总温探针进行测量。由于涡轮出口气流具有较大的速度V，使得速度误差△Tv较大，造成总温探针的测量精度较低，使得对涡轮进口温度估值偏低，很有可能造成热端部件的失效。此外，基于涡轮出口温度的反馈调节是航空发动机性能调节的一种重要方法，而滞止式总温探针常用于涡轮出口总温的测量，因此通过减少速度误差的方法来提高其测量精度，可以避免所留裕度过高，更加充分的发挥发动机的性能，这对发动机的性能调节有着重要意义。另外当气流的总温得以真实的反应时，能够帮助设计人员在设计时减少为材料所留的裕度，从而减轻发动机的重量，这对提高发动机的推重比很有意义。尽管滞止式总温探针在高速气流总温的测量中存在诸多优点，但由于缺乏对滞止室内流动结构特点的认识与分析，使得当前所使用的技术还存在较多不足。第一，当前所使用的技术，气流垂直冲击滞止室的内壁，并在滞止室里形成多个分离区，这些分离区挤压气流流过的通道面积，使得气流速度增加，减弱了滞止罩的滞止效果。第二，受滞止室内分离泡的影响，气流在滞止室里的流动具有很强的三维非定常性，使得测量端周围的气流速度V大小不一，分布十分不均匀。第三，这种较强的三维非定常性使得流经测量端的气流脉动性变大，增加了所测气流温度的脉动性，使得测温精度下降。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种提高滞止式总温探针测量精度的方法，可以显著的降低流经滞止式总温探针测量端周围气流的速度，并使其周围速度分布更加的均匀；显著抑制滞止室里的分离泡，提高滞止室内流动的均匀性和稳定性，从而减少速度误差和温度脉动，最终达到提高测温精度的效果。本专利技术提供的技术方案是：一种提高滞止式总温探针测量精度的方法，其特点在于：在屏蔽罩进口和滞止室内壁布置一导流片。所述导流片通过滞止室内壁面固定。所述导流片的厚度根据结构以及强度和滞止罩的进口面积确定，一般在0.2mm～1mm。所述导流片的流向尺寸以及宽度要根据滞止式总温探针的具体尺寸而定。其宽度等于0.7～1.0倍的滞止室内径。其几何造型及尺寸为：在滞止罩进口处有一长度为0～0.5倍滞止罩壁厚的直线段，紧连该直线段是一个与该直线相切的90°～120°圆弧，该圆弧的半径为0.5～1.0倍的滞止室内径，该圆弧的圆心在滞止罩进口内壁的O点处，最后紧连该圆弧是一直线段，直线段长度等于0.5～1.5倍的滞止罩外径，直线段倾斜角度范围为-20°～+20°，且直线段与该圆弧的连接处曲率连续。本专利技术的原理是：导流片能将进入滞止罩而具有较大转折角的气流流动沿流线分割成两个流道，从根本上解决滞止室内流动难以控制的问题。本专利技术可以显著的抑制滞止室内的分离区，使测量端周围气流分布更加均匀且稳定，减小气流脉动性，并有效的降低冲击测量端气流的速度，从而减小速度误差，提高测温精度。其降低气流速度的原理如下所示：气流流经测量端并最后通过滞止罩的出气孔流出，因此可以得到滞止罩出气口和滞止室内测量端上方附近的vs截面的流量守恒方程：其中，K为常数，Pt为气流总压，Tt为气流总温，q(λ)为流量函数，其值越小，代表气流速度V越低。A表示所在位置截面的面积，下标b表示滞止罩出气口处的参数，下标vs表示测量端上方附近vs截面的参数。α为vs截面的面积修正系数，取值的依据是经过vs截面向下冲击测量端并流出出气孔的那部分气流的面积与vs截面面积之比，因此该值在0～1之间,一般面积修正系数α＝0.4～0.7。由于两个截面的距离较近，可以认为，K、Pt、Tt保持不变，因此可以将公式(4)化简为公式(5)：其中，q(λ)为流量函数，其值越小，代表气流速度V越低。A表示所在位置截面的面积，下标b表示滞止罩出气口处的参数，下标vs表示测量端上方附近vs截面的参数,α为vs截面的面积修正系数。从公式(5)式可以看出：当面积修正系数α取值越接近1，q(λvs)越小，对应的vs截面的气流速度就越小。本专利技术即是通过布置导流片，使流经的vs截面的气流基本分布均匀，且向下流经测量端，并流出滞止罩的出气孔，使得面积修正系数α≈1，增大气流流过vs截面的等效面积，达到降低vs截面气流速度，减小速度误差的作用。本专利技术与现有的技术相比的优点：现有技术的滞止式总温探针，其滞止室里的流动存在多个较大的分离区，气流流动具有较强的三维非定常性，使得测量端周围的气流分布十分不均匀，且速度较大，测量端所指示的温度脉动较大且精度较低。而本专利技术所提供的方法可以较显著的对滞止室里的流动进行控制，使得测量端周围气流分布更加均匀，脉动程度更小，增大气流流过截面的等效面积，减小气流速度，从而减小速度误差，提高滞止式总温探针的测量精度。附图说明图1为现有的某滞止式总温探针3/4剖视图；图2为本专利技术的导流片的造型、尺寸范围以及其在滞止式总温探针位置示意图；图3为本专利技术实施例采用导流片的滞止式总温探针3/4剖视图；图4为未采用本专利技术方法的某滞止式总温探针滞止室内流线分布示意图；图5为采用本专利技术方法的滞止式总温探针滞止室内流线分布示意图。具体实施方式本专利技术的流动控制方法可用于滞止式总温探针，屏蔽式总温探针在内的各种滞止室里的流动的控制。如图2和图3所示，本专利技术实施例在一滞止式总温探针的滞止罩进口1和滞止室内壁2之间布置导流片6，将滞止本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高滞止式总温探针测量精度的方法，其特征在于：在滞止罩进口(1)和滞止室(3)布置有导流片(6)。

【技术特征摘要】
1.一种提高滞止式总温探针测量精度的方法，其特征在于：在滞止罩进口(1)和滞止室(3)布置有导流片(6)。2.根据权利要求1所述提高滞止式总温探针测量精度的方法，其特征在于：所述导流片(6)固定在滞止室内壁面(2)。3.根据权利要求1或2所述提高滞止式总温探针测量精度的方法，其特征在于：所述导流片(6)的厚度为0.2mm～1mm。4.根据权利要求1-3任意之一所述提高滞止式总温探针测量精度的方法，其特征在于：所述导流片(6)将进口面积分成上下的两个部分，其中上半部分占进口总面积的1/3～1/2，下半部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟昊，杨伟平，邹正平，刘火星，王效葵，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11