一种无需试验校准的四孔超跨音速探针制造技术

一种无需试验校准的四孔超跨音速探针，涉及一种超跨音速探针。探针本体采用在邻近底端位置设有弯角的无缝钢管，其内部中间位置设有随探针本体延伸的四根通道管，四根通道管沿探针本体轴心等角度排布并且与探针本体之间的间隔实心焊接为一体，探针本体前缘为测量端进行打磨形成圆锥探头，四根通道管与圆锥探头母线垂直贯通形成4个孔位，4个孔位均位于圆锥探头的50％母线处，探针利用超音速条件下细长锥体理论推导各气动参数。激波损失较小，并且有助于保证测量值圆锥前缘的静压，通过细长锥体理论计算得到各校准系数，极大缩短实验时间。极大缩短实验时间。极大缩短实验时间。

【技术实现步骤摘要】
一种无需试验校准的四孔超跨音速探针


[0001]本专利技术涉及一种超跨音速探针，尤其是一种无需试验校准的四孔超跨音速探针，属于接触式流场测量


技术介绍

[0002]随着科技的进步与学科的交叉应用，光学测量因其测量的非接触与高精度常用于流场的测量中，但光学测量是通过光学反差的原理进行测量，所以对测量视角、温度、照明和面反射情况等有较高的要求，并且工程上往往无法对内结构复杂的流场如发动机内部安装光学窗口，导致非接触测量无法测量流场内部参数。而基于压差测量的气动压力探针，可以在高温高压的发动机内部使用，并且采用微小尺寸的探针对流场的阻塞和影响较小，因此常用于压气机流场、涡轮转子出口流场、导向器出口流场、超音速流等多种流场实验中。
[0003]由于探针本身对所测流场有一定干扰，尤其是超声速流场中，探针前缘处常出现脱体激波，增加流场出口损失，为了尽可能减小探针自身的激波损失，往往采用较小的半锥角，一般在5
‑
10
°
，这也造成了来流攻角在15
°
以上探针测孔处极易发生分离，导致测量精度下降甚至造成工程上不能接受的误差，此外探针在使用前需要进行测量数据的校准，而校准参数的测量往往占用较多实验资源和时间，导致探针在实际使用过程中的不便。
[0004]因此，设计一种无需校准的四孔超跨音速探针，在工程应用上具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为解决
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种无需试验校准的四孔超跨音速探针，它的激波损失较小，并且有助于保证测量值圆锥前缘的静压，通过细长锥体理论计算得到各校准系数，极大缩短实验时间。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
[0007]一种无需试验校准的四孔超跨音速探针，包括探针本体以及圆锥探头，所述探针本体采用在邻近底端位置设有弯角的无缝钢管，其内部中间位置设有随探针本体延伸的四根通道管，所述四根通道管沿探针本体轴心等角度排布并且与探针本体之间的间隔实心焊接为一体，探针本体前缘为测量端进行打磨形成圆锥探头，四根通道管与所述圆锥探头母线垂直贯通形成4个孔位包括1号孔位、2号孔位、3号孔位及4号孔位，所述4个孔位均位于圆锥探头的50％母线处，探针利用超音速条件下细长锥体理论推导的各气动参数如下：
[0008]圆锥探头零攻角表面压力系数分布：
[0009][0010]圆锥探头在非零攻角下附加压力系数分布：
[0011][0012]俯仰角和偏航角与圆周角和锥角之间的转换关系式：
[0013][0014][0015][0016][0017]圆锥探头在非零攻角下压力系数分布：
[0018]C
p
＝C
p0
+ΔC
p
[0019]代入压力系数定义公式得4个孔位压力分布：
[0020][0021][0022][0023][0024]式中，δ表示所在位置的切角，γ表示比热比取1.4，α表示偏航角，β表示俯仰角，θ表示锥角，表示圆周角，表示统一相似参数，表示来流密度，R表示热力学常数取8.314J
·
mol
‑1·
K
‑1，T表示来流静温，V
∞
表示来流速度，P
∞
表示来流静压；
[0025]采用分区校准的思想探针根据圆周角划分为四个区域，校准公式如下：
[0026]各分区气流偏航角α校准系数：
[0027][0028]各分区气流俯仰角β校准系数：
[0029][0030]各分区总压校准系数：
[0031][0032]各分区静压校准系数：
[0033][0034]式中，P
n
表示压力最大的孔，K
αn
表示n区偏航角校准系数，K
βn
表示n区的俯仰角校准系数，C
ptn
表示n区总压校准系数，C
psn
表示n区静压校准系数，n＝1～4，对应的圆周角区间其中：当n＝1时，n
‑
1＝4，当n＝4时，n+
1＝1，P
t
和P
s
表示来流总压和静压。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0036]1、本专利技术探针具有较小的激波角，特别在圆锥探头的半锥角设置为15
°
情况下，研究表明由于锥体在较大攻角范围内仍能保持着圆锥激波，因此较常规五孔或三孔探针前缘带有总压孔的探针产生的钝体激波而言，本专利技术探针有着较小的激波损失；
[0037]2、4个孔位沿探针本体轴心等角度排布并与圆锥探头母线垂直贯通，这种设计可以减小测压面积较大导致所测压力带有不同方向分量导致的偏差，尽可能保证测量值圆锥前缘的静压；
[0038]3、通过计算得到探针的方向避免了探针使用前所需的校准过程，极大缩短实验时间；
[0039]4、采用分区校准的思想进行分区，确保了探针使用时对总压的捕捉。
附图说明
[0040]图1是本专利技术探针的整体结构示意图；
[0041]图2是本专利技术探针的圆锥探头的结构示意图；
[0042]图3是本专利技术探针的俯仰角和偏航角的示意图；
[0043]图4是本专利技术探针的圆周角和锥角的示意图；
[0044]图5是本专利技术探针的圆锥探头的区域划分示意图。
具体实施方式
[0045]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0046]如图1～图5所示，一种无需试验校准的四孔超跨音速探针，包括探针本体5以及圆锥探头6，所述探针本体5采用在邻近底端位置设有弯角的无缝钢管，其内部中间位置设有随探针本体5延伸的四根通道管，所述四根通道管沿探针本体5轴心等角度排布并且与探针本体5之间的间隔实心焊接为一体，探针本体5前缘为测量端进行打磨形成圆锥探头6，四根通道管与所述圆锥探头6母线垂直贯通形成4个孔位包括1号孔位1、2号孔位2、3号孔位3及4号孔位4，所述4个孔位均位于圆锥探头6的50％母线处，4个孔位作为测孔，其通道管于圆锥探头6至探针本体5弯角处为进口段，其通道管于探针本体5弯角处至探针本体5顶端为采集段，探针利用超音速条件下细长锥体理论推导的各气动参数如下：
[0047]圆锥探头6零攻角表面压力系数分布：
[0048][0049]圆锥探头6在非零攻角下附加压力系数分布：
[0050][0051]俯仰角和偏航角与圆周角和锥角之间的转换关系式：
[0052][0053][0054][0055][0056]圆锥探头6在非零攻角下压力系数分布：
[0057]C
p
＝C
p0
+ΔC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无需试验校准的四孔超跨音速探针，其特征在于：包括探针本体(5)以及圆锥探头(6)，所述探针本体(5)采用在邻近底端位置设有弯角的无缝钢管，其内部中间位置设有随探针本体(5)延伸的四根通道管，所述四根通道管沿探针本体(5)轴心等角度排布并且与探针本体(5)之间的间隔实心焊接为一体，探针本体(5)前缘为测量端进行打磨形成圆锥探头(6)，四根通道管与所述圆锥探头(6)母线垂直贯通形成4个孔位包括1号孔位(1)、2号孔位(2)、3号孔位(3)及4号孔位(4)，所述4个孔位均位于圆锥探头(6)的50％母线处，探针利用超音速条件下细长锥体理论推导的各气动参数如下：圆锥探头(6)零攻角表面压力系数分布：圆锥探头(6)在非零攻角下附加压力系数分布：俯仰角和偏航角与圆周角和锥角之间的转换关系式：俯仰角和偏航角与圆周角和锥角之间的转换关系式：俯仰角和偏航角与圆周角和锥角之间的转换关系式：俯仰角和偏航角与圆周角和锥角之间的转换关系式：圆锥探头(6)在非零攻角下压力系数分布：C
p
＝C
p0
+ΔC
p
代入压力系数定义公式得4个孔位压力分布：
式中，δ表示所在位置的切角，γ表示比热比取1.4，α表示偏航角，β表示俯...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡乐，陈天佑，王澜，王松涛，付海晏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：