一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳制造技术

本发明专利技术属于流场压力测试技术领域，具体涉及一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳。探针头部包含多个稳态压力探头，与探针梳支杆焊接；引压管封装于探针梳支杆和安装座内部，一端与探针头部的测压孔相通，另一端由安装座尾部引出；探针梳支杆与安装座焊接，其内部包含多个相互独立的结构：引压管通道和等离子体发生腔；电极安装在等离子体发生腔内部，电极引出线缆从安装座尾部引出；等离子体发生腔开设一个射流槽，与探针梳支杆下游相通。本发明专利技术探针梳通过在支杆内部产生等离子体，并通过等离子体发生器工作时产生的吹气和吸气作用控制气流经过支杆后的尾迹，能有效减弱探针梳支杆的堵塞效应，减少支杆对被测流场的干扰。的干扰。的干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳


[0001]本专利技术属于流场压力测试
，具体涉及一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳，适用于叶轮机械内亚音速稳态流场中沿叶片高度方向多点压力的测量。

技术介绍

[0002]在叶轮机械如风扇、压气机、涡轮的进出口和级间的亚音速稳态流场测量中，通常采用接触式压力测量装置获取其总压、静压、马赫数、气流角等流场参数。压力测量装置有单点压力探针和多点压力探针梳两种。
[0003]多点压力探针梳一般由3～5个三孔、四孔或五孔压力探头组成，这些探头需要支杆支撑并插入到被测流场中测量，而支杆在流场中引起的堵塞效应不可避免的会对流场产生干扰，造成流动掺混损失增加、部件性能下降，甚至影响部件的正常运行。特别是当探针梳在小尺寸压气机中测量时，堵塞效应更加严重，甚至会引起失速喘振的发生。在流速较高的被测流场中测量时，探针梳支杆不仅会改变其附近的气流参数，还会在支杆后方产生明显的三维非定常尾迹，这些尾迹会随着叶轮机械的运动向下游传播，甚至也会影响上游的流场。
[0004]针对探针梳支杆对流场的影响问题通常有如下两种改进方法：一种是通过优化支杆的结构和尺寸，减小对被测流场的干扰，但是由于受到支杆内部引压管数量和结构强度方面的限制，探针梳支杆的尺寸不能进一步减小；另一种是通过在支杆表面设置圆孔，利用吹、吸气的主动控制方法减小支杆堵塞效应和对被测流场的干扰，但是这种方案不仅需要额外的气源供应，而且结构复杂。
[0005]上述的这些探针梳支杆对流场的影响问题制约着研究人员对叶轮机械内流场的深入研究，难以满足在尽可能小的对被测流场产生干扰的同时精确获取流场中压力、马赫数等参数信息的要求。因此，急需一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳，用于叶轮机械中风扇、压气机、涡轮等进口、出口和级间的亚音速稳态流场中多点压力的测量。

技术实现思路

[0006]针对现有的压力探针梳在测量亚音速稳态流场总压、静压、马赫数、气流角等参数时其支杆会对被测流场产生干扰、造成堵塞效应的问题，本专利技术提出了一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳，通过在探针梳支杆内部设置多个等离子体发生器，在等离子体发生器工作时通过其各自的射流槽在探针梳支杆周围产生吹气和吸气作用，减小气流经过探针梳支杆后的尾迹分离程度，从而减小支杆的堵塞效应和对被测流场的干扰。最重要的是，本专利技术摒弃了传统压力探针梳支杆的设计思路以及传统的等离子体发生器诱导的气流速度低的缺点，创造性地将等离子体应用在了亚音速探针梳支杆的设计上，弥补了传统稳态压力探针梳在流场测量时的不足。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]1、一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳，其特征在于：由探针梳支杆(1)、探针头部(2)、安装座(3)、射流槽(4)、引压管(5)、引压管通道(6)、等离子体发生腔(7)、电极(8)、端部绝热绝缘层(9)、侧壁绝热绝缘层(10)和电极引出线缆(11)组成，所述的探针头部(2)包含多个稳态压力探头，与探针梳支杆(1)焊接；引压管(5)封装于探针梳支杆(1)和安装座(3)内部，一端与探针头部(2)的测压孔相通，另一端由安装座(3)尾部引出；所述的探针梳支杆(1)与安装座(3) 焊接，其内部包含多个相互独立的结构：引压管通道(6)和等离子体发生腔(7)；所述的电极(8)安装在等离子体发生腔(7)内部，电极引出线缆(11)从安装座(3)尾部引出；所述的等离子体发生腔(7) 开设一个射流槽(4)，与探针梳支杆(1)下游相通。
[0009]2、进一步，探针头部(2)长度为2毫米～20毫米，可以为单孔、三孔、四孔、五孔、七孔等压力探头，探头个数为3～5个。
[0010]3、进一步，探针梳支杆(1)截面为腰型，前、后半圆直径为3毫米～20毫米，圆心距为2毫米～16 毫米，其长度根据不同测量环境而定。
[0011]4、进一步，等离子体发生腔(7)内壁为圆柱形，轴线与探针梳支杆(1)后半圆轴线平行，上端与安装座(3)底面齐平，下端与探针梳支杆(1)顶端距离为0.1毫米～2毫米，截面直径为2毫米～6毫米；
[0012]5、进一步，等离子体发生腔(7)个数为1～3个；等离子体发生腔(7)为1个时，其截面圆心与探针梳支杆(1)后半圆圆心的距离为0毫米～5毫米；等离子体发生腔(7)为2个时，两个等离子体发生腔 (7)截面圆心对称分布，与探针梳支杆(1)后半圆圆心之间的夹角为90
°
～180
°
，距离为2毫米～5毫米，两个等离子体发生腔(7)可以同步工作，也可以交替工作；等离子体发生腔(7)为3个时，三个等离子体发生腔(7)截面圆心呈环形分布，圆环中心为探针梳支杆(1)后半圆圆心，圆环半径为2毫米～5 毫米，其中两个等离子体发生腔(7)圆心在圆环上的圆心角为100
°
～150
°
，三个等离子体发生腔(7) 可以同步工作，也可以交替工作。
[0013]6、进一步，射流槽(4)排气方向与主流方向平行；射流槽(4)出口宽度为0.1毫米～4毫米，长度与等离子体发生腔(7)高度相同。
[0014]7、进一步，用端部绝热绝缘层(9)将电极(8)上下两端固定在等离子体发生腔(7)中，起到绝热、绝缘、密封、固定的作用；并用侧壁绝热绝缘层(10)与探针梳支杆(1)相隔，起到绝热、绝缘的作用。
[0015]8、进一步，电极(8)直径为0.5毫米～1.5毫米，间距为0.2毫米～1毫米，材质为铈钨合金、钛合金或不锈钢等。
[0016]9、进一步，电极(8)所需电源可以为毫秒脉冲电源，也可以为纳秒脉冲电源，电源输出的脉冲宽度为5ns～20000ns，频率为0.1kHz～50kHz，电压为2kV～30kV，最大脉冲能量30mJ。
[0017]10、进一步，通过校准风洞对探针梳进行标定，获得不同来流方向、不同马赫数下探针梳气动校准系数，并在已知来流压力、方向和马赫数的条件下，确定等离子体发生所需电源的电压等参数条件；实际测量中，利用校准风洞获得的在不同来流方向、不同马赫数下探针梳气动校准系数，计算出被测流场的总压、静压、马赫数、气流角，并据此获得的总压、
静压、马赫数、气流角，设定等离子体发生所需电源的电压等参数条件，控制等离子体的生成量以及射流量，通过等离子体发生器工作时射流槽(4)产生的吹气和吸气作用控制气流经过探针梳支杆(1)后的尾迹，能有效减弱探针梳支杆(1)的堵塞效应，减少探针梳支杆(1)对被测流场的干扰。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]与现有的亚音速稳态流场压力探针梳相比，本专利技术一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳可取得以下有益效果：
[0020]有益效果一：本专利技术通过在支杆内部的多个等离子体发生腔中产生等离子体，并通过等离子体发生器工作时产生的吹气和吸气作用控制气流经过支杆后的尾迹，有效减少了对被测流场的干扰和探针梳支杆的堵塞效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用等离子体射流减小支杆干扰的稳态压力探针梳，其特征在于：由探针梳支杆(1)、探针头部(2)、安装座(3)、射流槽(4)、引压管(5)、引压管通道(6)、等离子体发生腔(7)、电极(8)、端部绝热绝缘层(9)、侧壁绝热绝缘层(10)和电极引出线缆(11)组成，所述的探针头部(2)包含多个稳态压力探头，与探针梳支杆(1)焊接；引压管(5)封装于探针梳支杆(1)和安装座(3)内部，一端与探针头部(2)的测压孔相通，另一端由安装座(3)尾部引出；所述的探针梳支杆(1)与安装座(3)焊接，其内部包含多个相互独立的结构：引压管通道(6)和等离子体发生腔(7)；所述的电极(8)安装在等离子体发生腔(7)内部，电极引出线缆(11)从安装座(3)尾部引出；所述的等离子体发生腔(7)开设一个射流槽(4)，与探针梳支杆(1)下游相通；探针头部(2)长度为2毫米～20毫米，可以为单孔、三孔、四孔、五孔、七孔压力探头，探头个数为3～5个；探针梳支杆(1)截面为腰型，前、后半圆直径为3毫米～20毫米，圆心距为2毫米～16毫米，其长度根据不同测量环境而定；等离子体发生腔(7)内壁为圆柱形，轴线与探针梳支杆(1)后半圆轴线平行，上端与安装座(3)底面齐平，下端与探针梳支杆(1)顶端距离为0.1毫米～2毫米，截面直径为2毫米～6毫米；等离子体发生腔(7)个数为1～3个；等...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏伟，郭君德，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：