[发明专利]一种测量小型压气机级间尖区流场的组合探针及方法

说明书

本发明属于亚音速三维流场参数测试技术领域，具体涉及一种测量小型压气机级间尖区流场的组合探针及方法。获取小型压气机转静间尖区二次流三维动态流场参数，对小型压气机设计及提高压气机性能具有重要意义。对于小型压气机转静间叶顶尖区内部的二次流动态参数的测试存在气流偏转角较大、测量空间狭小等测量难点。本发明将两种单孔动态压力探针先后插入到流场同一径向位置，获得了小型压气机转静间尖区二次流气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数的动态变化。相对于其它三维流场动态参数测量方法，本发明具有空间分辨率较高、可精确测量小型压气机转静间尖区二次流参数的动态变化、对尖区流场干扰小、频响高的优点。

技术领域

本发明属于亚音速三维流场参数测试技术领域，具体涉及一种测量小型压气机级间尖区流场的组合探针及方法，本发明的组合探针由两种单孔动态压力探针组成，两种经过风洞校准的单孔动态压力探针先后插入到流场同一径向位置进行测量，通过数据处理能获得压气机转静间尖区二次流气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数的动态变化。

背景技术

获取小型压气机转静间尖区二次流动态参数，对小型压气机设计及提高压气机性能具有重要意义。对于小型压气机转静子之间叶顶尖区内部的三维流场参数的测试，由于流场包含动叶尾迹、泄漏涡以及其他二次流动，流场具有很强的非定常性、有旋性，并且小型压气机轴向间隙非常小，间隙尺寸在2mm左右，因此，尖区流场的参数测试存在气流偏转角较大、测量空间狭小等测量难点。

常规的稳态压力探针，一方面是受尺寸限制无法插入小型压气机级间进行测试，另一方面无法获得流场的动态参数信息；热线探针能够测量出流场的动态速度信号，但不能提供气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数的动态信息。在小型压气机试验中，对转静间尖区二次流动态参数的测量，我们更希望获得转静子之间尖区二次流流场气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数的动态变化，用于验证小型压气机设计和流场诊断，以便改进机器性能，上述探针无法满足目前的测试需求。

目前在测量亚音速三维流场动态参数中，通常采用多孔动态压力探针，探针至少开有2个压力感受孔，探针头部至少封装2个动态压力传感器，由于感受孔之间存在一定的间距，每个感受孔测得的数据不是同一空间点的压力值，这导致探针的空间分辨率较低，同时受传感器尺寸的限制，多孔动态压力探针头部尺寸不容易做得小，探针头部尺寸较大，导致探针无法插入小型压气机转静子之间进行测试，头部尺寸较大会降低探针的空间分辨率，降低测量精度，还会严重干扰被测流场。

单孔动态压力探针头部只封装一个压力传感器，头部尺寸较小，具有测量小型压气机级间流场动态参数的潜力。目前关于三维单孔动态压力探针的介绍不多，专利201710118903.3介绍了一种测量转子出口亚音三维流场的单斜孔动态压力探针，探针头部为共底面的圆柱体和斜切体，专利201710115438.8中介绍了一种测量转子出口跨音三维流场的圆锥单孔动态压力探针，探针头部为共底面的圆柱体和圆锥体。两种探针头部尺寸较大，一方面导致探针无法插入小型压气机转静间测量流场参数的动态变化，另一方面使得探针空间分辨率较低；探针头部圆柱体与斜切体、圆锥体连接处过渡角过大，当来流气流角较大时，气流容易在探针头部附近产生分离，严重干扰被测流场；当探针用于靠近端壁三维流场动态压力的测量时，来流绕过圆柱会产生马蹄涡，马蹄涡会降低探针的测试精度；斜切体和锥体尖端空间较小，动态压力传感器无法靠近压力感受孔安装，导致压力感受孔到传感器之间的空腔较大，容腔效应明显，探针的频响较低；在测量三维流场动态参数的过程中，单孔动态压力探针需要沿支杆轴线旋转的角度位置较多，这增加了测量的复杂性，并且这两种探针没有关于定位块的权利要求。因此，上述两个专利申请无法适用于小型压气机转静间尖区二次流三维流场动态参数的测量。

目前关于探针定位块的介绍较少，例如专利201710200518.3中介绍了一种压力探针定位块，定位块底座的一个侧面套装一个气泡水平仪，该定位块存在尺寸大、定位面单一等缺点。

因此，为了测量小型压气机转静间尖区二次流三维流场的气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数的动态变化，亟需研制一种自带定位功能的小尺寸动态压力探针。