[发明专利]一种适用于高速流场测量的一维热线探头

说明书

该发明公开了一种适用于高速流场测量的一维热线探头制作方法，包括两个热线探针、弧形热丝、热线探头基座、探头前端表面镀膜。弧形热丝直径d，弦长L≥200d，弦高＝0.2L；探头前端整体镀层采用铂或者黄金。本发明采用弧形热丝结构，根据试验和计算结果确定了弧形热丝的弦高，并采用整体镀层进行固定和防止前端高温氧化，明显提高了探头在高气动载荷和流场微粒撞击下的工作寿命，同时，降低了热丝在流场中的振动，降低热丝应变效应等伪信号，提高了测试精度。

技术领域

本发明属于流场测试技术领域，具体涉及一种适用于高速流场测量的一维热线探头制作方法。

背景技术

热线是流场测试技术领域的常用设备，通常用于流体速度和湍流度测量，是测量风洞流场湍流度的最主要手段，尤其在低速流场中的应用最为广泛，是低速风洞流场湍流度测量的标准方法，但是，在高速风洞，随着流场速度提高，热线风速仪技术面临振动干扰、探头断丝和多参数解耦等诸多问题，导致热线在高速流场中的应用难度很大，其中，高速流场探头设计是解决问题的首要一步。

常规一维探头热丝被设计成两个端点之间绷紧的直线状态，以避免在流场中的涡激振动导致热丝抖动，但是在高速流场中，由于流体气动载荷较大，甚至流体洁净度不够高，导致流体中的高速微粒击中热丝，在绷紧的热丝上产生拉伸电阻应变，探头敏感参数发生振荡波动，从而影响测试数据质量。更严重的影响是，在高气动载荷下的热丝拉伸、抖动，甚至撞击，容易导致热丝断裂，试验失败率很高，这是很多高速风洞未能进行流场湍流度测试的重要原因。

因此，为提高高速流场热线技术的测试精度和可靠性，需要设计有别于普通热线探头的高速流场热线探头。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于高速流场测量的一维热线探头，采用这种设计的一维热线探头，热丝迎风面设计成内凹弧形，并对探头针尖和热丝采用电镀定形，能够明显提高探头在高气动载荷和流场微粒撞击下的工作寿命，也能够降低热丝在流场中的振动，降低干扰信号，提高测试精度。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案：一种适用于高速流场测量的一维热线探头，该热线探头包括：基座、两根热线探针、弧形热丝；

所述两根热线探针保持平行，其底部设置于基座上，两根探针顶端采用弧形热丝连接，弧形热丝的弧度迎向气流，弧线弦h高0.2L，L为两根热线探针顶部之间的距离，L大于等于200d，d表示热丝直径；

所述弧形热丝材料为钨丝；

所述两根热线探针的前段、弧形热丝、热线探针与弧形热丝的焊接点进行电镀铂或电镀黄金。

本发明的有益效果：

本发明的一维热线探头，由探针、迎气流内凹弧形热丝和探头前端整体镀层组成，根据试验和计算结果确定了弧形热丝的弦高，并采用整体镀层进行固定和防止前端高温氧化，明显提高了探头在高气动载荷和流场微粒撞击下的工作寿命，同时，降低了热丝在流场中的振动，降低伪信号，提高测试精度。

本发明以满足高速风洞热线测试为根本目的，为拓展热线测试技术在高速流场中的应用提供了设计参考。

附图说明

图1高速流场一维热线探头结构示意图

图中：1.热线探针一，2.热线探针二，3.弧形热丝，4.热线探头基座，5.热线探头前端。

图2探头前端结构示意图

图中：L.弧形热丝弦长，h.弧形热丝弦高。

具体实施方式

图1和图2是本发明的高速流场一维热线探头方案的示意图，图1是高速流场一维热线探头结构示意图，图2是探头前端结构示意图。图1中，1是热线探针一，2是热线探针二，3是弧形热丝，4是热线探头基座，5是热线探头前端。图2给出了热线探头前端(5)和弧形热丝(3)的结构，热丝材料为纯钨丝，对于直径为d的热丝，弦长L设计长度大于等于200d，弦高等于0.2L。弧形热丝(3)焊接完毕后，最后对图2所示的探头前端(5)整体进行镀铂处理，起到焊接部位加固、热丝强化、热丝拓扑定型、钨丝抗氧化的作用。使用本发明制作的高速流场一维热线探头进行了多个跨声速风洞流场测试，测试流场速度可达马赫数4以上，探头寿命提高50％以上，测试精度提高20％以上。