本发明专利技术属于亚音速三维流场参数测试技术领域，具体涉及一种测量压气机级间三维速度场的“川”字型热线探针。包括探针头部、探针支杆、热线、定位块，探针头部上有呈梯形排布的三根长叉杆、两根中叉杆和一根短叉杆，长叉杆和相邻的中叉杆、短叉杆之间焊有热线，叉杆通过探针头部通孔与线缆相连，线缆通过探针支杆内通道引出探针尾部，探针尾部套装一个定位块。本发明专利技术三条热线在来流方向呈“川”字型，热线受到的干扰小，整个探针呈“∣”型，经过校准风洞标定，可以测量多级压气机级间三维速度随时间的变化，测试频率可达几十千赫兹，为改进压气机性能提供实测数据依据。性能提供实测数据依据。性能提供实测数据依据。
【技术实现步骤摘要】
一种测量压气机级间三维速度场的“川”字型热线探针
[0001]本专利技术属于亚音速三维流场参数测试
，具体涉及一种测量压气机级间三维速度场的“川”字型热线探针，适用于测量多级压气机级间三维速度随时间的变化，探针频响可达几十千赫兹。
技术介绍
[0002]获取多级压气机级间三维非定常速度场，对于提高压气机性能具有重要的作用。由于级间流场受到动叶尾迹、泄漏涡、角涡以及其他二次流动的扫掠影响，流场具有很强的非定常性、有旋性；另外，多级压气机的级间间隙相对较小，尤其后面级的级间间隙会更小。
[0003]热线测速的原理是：将热金属丝置于气流中，由于热交换的原因，热线的热量将被气流带走，因而热线的温度发生变化，温度变化的大小和快慢主要取决于气流的速度、热线和气流的温度差、该气体的物理性质和金属丝的物理性质和几何尺寸，一般后三项是可以预先知道或者人为给定的，从而就可以在热线的温度和气流的速度之间建立起一个对应关系。而热线的电阻会随温度变化，这时输出电压就和来流速度保持特定关系。
[0004]对于三维速度场的测量，常规使用三丝探针，其可以测量流场中的三个速度分量，如图1所示。现有的三丝探针在压气机级间使用的主要问题是，第一，现有的三丝探针使用时，热线会受到叉杆尾迹的影响，如图2所示的长叉杆。第二，热线在使用时为了保证高频响，都会选择较大的过热比，过热温升相较于气流温度会超过200℃，三条热线之间距离过近时，一方面下游热线会受到上游热线尾迹的影响，其感受到的气流速度变得紊乱；另一方面，气流流经上游热线后温度会迅速升高，下游热线感受到的温度气流发生变化，其输入电压与速度的关系变得复杂。第三，现有的三丝探针多采用插拔式，虽然更换方便，但是在压气机级间流场测量时会面临严重的强度问题，尤其对于跨音速压气机，其气流速度高，探针会受到气流的高速冲击，出于安全考虑热线探针无法在此区域内使用。第四，现有的三丝探针缺少定位装置，在使用时定位困难。
[0005]压气机级间三维速度场变化速度快、测量空间狭小，现有的三丝探针使用时，热线会受到叉杆及相邻热线的干扰，使测量结果不可靠，并且存在强度问题，定位困难。因此，亟待发展一种测量准确可靠、强度高、定位简单的测量压气机级间三维速度场的热线探针。
技术实现思路
[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种测量压气机级间三维速度场的“川”字型热线探针，探针头部呈“丨”型，尺寸小，可直接插入压气机级间进行测量，三条热线顺着来流方向看呈“川”字型，对主流的偏转和俯仰敏感，原理上可以解算出三维速度，实际应用时可进行标定，这样的排布使热线不受叉杆的影响，并且热线之间不会互相干扰，可以实现准确测量，探针头部与探针支杆通过螺纹连接，强度可靠，并且自带定位功能。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：
[0008]1、一种测量压气机级间三维速度场的“川”字型热线探针，由探针头部(1)、探针支
杆(2)、热线 (3)、长叉杆(4)、中叉杆(5)、短叉杆(6)、线缆(8)、长方体定位块(10)组成，其特征在于：所述探针头部(1)为圆柱形，圆柱形顶端伸出三根长叉杆(4)、两根中叉杆(5)和一根短叉杆(6)，左右两边的长叉杆(4)分别和对应的中叉杆(5)之间焊有热线(3)，中间的长叉杆(4)和中间的短叉杆之间焊有热线(3)，三条热线(3)顺着来流方向看呈“川”字型。
[0009]2、进一步，热线(3)的直径为1微米至30微米，长度为1毫米至10毫米，材料为钨丝、铂丝或者镀金钨丝，热线(3)与长叉杆(4)的夹角为θ，取值范围为5
°
≤θ≤85
°
。
[0010]3、进一步，长叉杆(4)呈锥形，其头部直径为0.1毫米至0.3毫米，长叉杆(4)露出探针头部(1) 的长度为1毫米至30毫米，三根长叉杆(4)在一条直线上，等距离排列，相隔为0.5毫米至5毫米，长叉杆(4)的材料为不锈钢。
[0011]4、进一步，中叉杆(5)呈锥形，其头部直径为0.1毫米至0.3毫米，中叉杆(5)露出探针头部(1) 的长度为0.5毫米至30毫米，中叉杆(5)比长叉杆(4)短h，取值范围为0.5毫米≤h≤30毫米，中叉杆(5)的材料为不锈钢。
[0012]5、进一步，短叉杆(6)呈锥形，其头部直径为0.1毫米至0.3毫米，短叉杆(6)露出探针头部(1) 的长度为0.1毫米至30毫米，短叉杆(6)和中叉杆(5)在一条直线上，等距离排列，相隔为0.5毫米至 4毫米，短叉杆(6)和中叉杆(5)在长叉杆(4)前方，长叉杆(4)、中叉杆(5)和短叉杆(6)在探针头部(1)上的排布方式为“等腰梯形”，“等腰梯形”的高为0.5毫米至8毫米，短叉杆(6)比中叉杆(5) 短N，取值范围为0.5毫米≤N≤30毫米，短叉杆的材料为不锈钢。
[0013]6、进一步，探针头部(1)圆柱形直径为d，取值范围为2毫米≤d≤10毫米，长4d至8d，探针头部 (1)内部开有探针头部通孔(7)。
[0014]7、进一步，长叉杆(4)、中叉杆(5)和短叉杆(6)通过探针头部通孔(7)与线缆(8)相连，绝缘胶(9)实现长叉杆(4)、中叉杆(5)和短叉杆(6)与探针头部(1)的固定和绝缘。
[0015]8、进一步，探针支杆(2)为圆柱体，直径为D，取值范围为2毫米≤D≤10毫米，其内部开有圆型管道，探针头部(1)与探针支杆(2)通过螺纹连接，线缆(8)通过探针支杆(2)内的管道引出探针尾部，探针尾部套装一个长方体定位块(10)。
[0016]9、进一步，长方体定位块(10)通过定位块通孔(11)套装于探针尾部，由埋头螺钉(13)穿过长方体定位块(10)两侧螺纹孔(12)固定，埋头螺钉(13)全部嵌入螺纹孔(12)内。
[0017]10、进一步，长方体定位块(10)的4个侧面均可作为定位面，定位块通孔直径为D+0.05毫米，长方体定位块(10)底面为正方形，其边长为M，取值范围为D+2毫米≤M≤D+8毫米，长方体定位块(10) 厚度为H，取值范围为2毫米≤H≤10毫米。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]与现有的三丝探针相比，本专利技术为一种测量压气机级间三维速度场的“川”字型热线探针，具有以下
[0020]有益效果：
[0021]有益效果一：本专利技术叉杆在探针头部上的排布方式为“等腰梯形”，短叉杆和中叉杆在长叉杆前方，三条热线顺着来流方向看呈“川”字型。由于短叉杆和中叉杆在前方，其尾迹不会对热线造成影响。三条热线顺着来流方向看呈“川”字型，热线之间的干扰也可以忽略不计。此时，热线的输出电压只与来流速度有关，测量的结果更加准确。
[0022]有益效果二：整个探针呈“丨”型，相比“L”型探针尺寸更小，一方面探针可以插入
多级压气机级间进行测量，对被测流场产生的干扰小，另一方面探针具有较高的空间分辨率。
[0023]有益效果三：叉杆穿过探针头部通孔，并以绝缘胶实现叉杆与探针头部的固定和绝缘，探针结构更加简本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种测量压气机级间三维速度场的“川”字型热线探针，由探针头部(1)、探针支杆(2)、热线(3)、长叉杆(4)、中叉杆(5)、短叉杆(6)、线缆(8)、长方体定位块(10)组成，其特征在于：所述探针头部(1)为圆柱形，圆柱形顶端伸出三根长叉杆(4)、两根中叉杆(5)和一根短叉杆(6)，左右两边的长叉杆(4)分别和对应的中叉杆(5)之间焊有热线(3)，中间的长叉杆(4)和中间的短叉杆之间焊有热线(3)，三条热线(3)顺着来流方向看呈“川”字型；热线(3)的直径为1微米至30微米，长度为1毫米至10毫米，材料为钨丝、铂丝或者镀金钨丝，热线(3)与长叉杆(4)的夹角为θ，取值范围为5
°
≤θ≤85
°
；长叉杆(4)呈锥形，其头部直径为0.1毫米至0.3毫米，长叉杆(4)露出探针头部(1)的长度为1毫米至30毫米，三根长叉杆(4)在一条直线上，等距离排列，相隔为0.5毫米至5毫米，长叉杆(4)的材料为不锈钢；中叉杆(5)呈锥形，其头部直径为0.1毫米至0.3毫米，中叉杆(5)露出探针头部(1)的长度为0.5毫米至30毫米，中叉杆(5)比长叉杆(4)短h，取值范围为0.5毫米≤h≤30毫米，中叉杆(5)的材料为不锈钢；短叉杆(6)呈锥形，其头部直径为0.1毫米至0.3毫米，短叉杆(6)露出探针头部(1)的长度为0.1毫米至30毫米，短叉杆(6)和中叉杆(5...
【专利技术属性】
技术研发人员：马宏伟，赵国松，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：
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