基于微型扇形探针实现三维流场气流角度实时监测的装置与方法制造方法及图纸

一种用于实现三维流场气流角度实时监测的微型扇形探针，包括扇形部和六棱台。探针的后端为扇形部，前端为六棱台，在六棱台表面加工探针孔，打孔方向与六棱台的底面相垂直，至少有一个探针孔位于六棱台的顶面上，其余探针孔位于六棱台的侧面。在进气道唇口附近阵列安装多个微型扇形探针，将微型扇形探针固定在唇口的槽道内使其不能转动，检测唇口不同位置处的进气攻角，根据各个孔测出的压力计算得出相对应的方向系数公式，由方向系数制作方向系数特征图，通过对方向系数特征图插值得到气流角度。本发明专利技术具有易对接，频响高，功能模块化和造型气动化等特点，能够在减少对流场扰动且改善流动分离的基础上对气流角度进行实时准确测量。

【技术实现步骤摘要】
基于微型扇形探针实现三维流场气流角度实时监测的装置与方法
本专利技术涉及三维流场气动参数测量技术，具体涉及一种基于微型扇形探针实现三维流场气流角度实时监测的方法与装置。
技术介绍
流体机械在国防工业与日常生活中有着广泛的应用，流体流过流体机械的过程很大程度上决定了流体机械的工作特性。设计之初，人们总是期望流体沿固壁面型线光滑地流过流体机械，但实际工作过程中，流体运动方向受诸多因素影响，往往会使得流体运动方向与流体机械型面存在一定夹角，导致流体不再贴附物体表面流动，进而产生流动分离。以航空飞行器为例，当气流方向与机翼表面形成大的气流夹角时即会产生流动分离，进而使得飞行器升力下降、阻力上升，导致飞机气动性能下降，而当该气流夹角进一步增大到失速迎角时，即会诱发严重的飞行事故。类似的流动分离现象在航空发动机进气道唇口、压气机叶片等部件上也时有发生，会使得航空发动机气动性能下降。地面流体机械，包括风机叶片、汽车等，同样会受到流动分离的影响，使得流动损失增大并会增加气动噪声，影响机械的工作效率和人们的生活品质。对于航空飞行器和发动机，一旦气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于实现三维流场气流角度实时监测的微型扇形探针，其特征在于，探针包括扇形部和六棱台，两部分一体化形成；其中/n扇形部在探针的后端，扇形部的底面为第一扇形，第一扇形靠近圆心端被截掉一个等腰三角形，该等腰三角形的两条腰分别与第一扇形的两条边重合，对应该等腰三角形的底的第一扇形的前端为第一扇形的前缘，第一扇形的前缘宽度ω

【技术特征摘要】
1.一种用于实现三维流场气流角度实时监测的微型扇形探针，其特征在于，探针包括扇形部和六棱台，两部分一体化形成；其中
扇形部在探针的后端，扇形部的底面为第一扇形，第一扇形靠近圆心端被截掉一个等腰三角形，该等腰三角形的两条腰分别与第一扇形的两条边重合，对应该等腰三角形的底的第一扇形的前端为第一扇形的前缘，第一扇形的前缘宽度ω1，圆心角θ，半径长度l，该半径长度指的是去掉该等腰三角形之后的第一扇形的边长；扇形部的上表面为第二扇形，其形状与第一扇形相同，第二扇形在水平面上的投影与第一扇形重合；在第一扇形和第二扇形之间，左右两侧，分别存在加工成折页状的两个平面：在第一扇形和第二扇形之间右侧，右上折面的上边沿、右下折面的下边沿、右上折面和右下折面的共用边沿，三个边沿相互平行；右上折面、右下折面共同组成的折面向探针外突出；同样，在第一扇形和第二扇形之间左侧，左上折面、左下折面的情况与右侧的情况相同，形状和尺寸与右侧完全对称；右上折面的前端、右下折面的前端、第一扇形的前缘、第二扇形的前缘、左上折面的前端、左下折面的前端共面，且共同围成一个正六边形，构成扇形部的前端；探针高度h；
探针的前端为一个六棱台；六棱台底面边长等于第一扇形前缘宽度ω1，六棱台底面与扇形部前端的正六边形完全重合；正六棱台顶面边长小于ω2；在六棱台表面加工探针孔，探针孔数为N，直径为Φ；探针孔的位置和数量根据需要确定，探针孔的打孔方向与六棱台的底面相垂直，至少有一个探针孔位于六棱台的顶面上，六棱台顶面尺寸应保证能在其上加工探针孔；六棱台每个侧面尺寸应充分保证能在其上加工探针孔；扇形部在水平方向上的中间截面为第三扇形，第三扇形的左右两条边分别是左上折面和左下折面的共用边沿、右上折面和右下折面的共用边沿，第三扇形的前缘位于六棱台底面内，第三扇形的前缘宽度为2ω1，圆心角亦为θ，半径长度亦为l；扇形部为扇形体经过上述加工后自然留下的形状，扇形部后端大致为饼状图边缘弧形的形状。


2.如权利要求1所述的微型扇形探针，其特征在于，所述六棱台为正六棱台。


3.如权利要求1所述的微型扇形探针，其特征在于，h与附面层厚度δ在同一量级，探针孔数N不小于3，不大于7；探针孔的直径Φ不小于0.5mm，不大于2mm。


4.如权利要求3所述的微型扇形探针，其特征在于，ω1/ω2＝2，l/h＝5，h/δ＝1.5，N＝7，Φ＝0.7mm。


5.利用基于权利要求1至4的任何一项所述的微型扇形探针实现三维流场气流角度实时监测的方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一、设计扇形探针造型
通过风洞实验确定在常用气流角度下进气道唇口处的附面层厚度；利用位移机构将附面层探针沿壁面法向移动，步长不大于1mm，结合附面层探针和唇口壁面的静压孔对进气道唇口处的附面层参数进行测量；基于在附面层内静压沿壁面法向梯度为零的流体力学理论，认为静压孔的示数即代表附面层内同一点处静压沿法向分布的示数，附面层探针的示数即表示流场某一点处的总压示数；计算获得流场径向截面的速度分布规律，认为达到99％主流速度处距离壁面的高度即为附面层高度δ；
微型扇形探针能够保证安装探针后流场与原设计基本一致，不恶化流场，且在一定范围内起到涡流发生器的作用，在保证测量的同时，对分离流场进行改善，提高失速攻角；
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【专利技术属性】
技术研发人员：汪一舟，张海灯，吴云，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61