[发明专利]一种超音速探针及其校准方法

说明书

一种超音速探针及其校准方法，涉及一种探针及校准方法。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孔道，四根孔道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，四根孔道与圆锥探头贯通形成4个测孔，测孔位于圆锥探头的50％母线处，其中一根孔道沿探针本体轴向与圆锥探头贯通形成总压孔，其余三根孔道沿圆锥探头母线垂直方向贯通形成静压孔。在测量过程中能够保持较小的激波角，激波损失较小，有助于提升测量精度。

技术领域

本发明涉及一种探针及其校准方法，尤其是一种超音速探针及其校准方法，属于接触式流场测量技术领域。

背景技术

多孔压力探头的使用在气动测量中极为普遍，使用方向探针可通过适当的校准来确定三维流场中的总压力和静态压力、流速和流向，当压力和速度梯度很小时，多孔压力探头可以准确测量来流方向，总压和静压。与非接触式测量方法相比，多孔压力探头具有维护、成本相对较低和操作简单等优点，因此在研究工程中经常使用。原则上，任何具有多个孔的空气动力学体，例如半圆头、球头、楔形头或圆锥头，都可以用于测量三维流动。在三维流动中测量总压力和静压力以及相互垂直的平面中的两个角度，至少需要空气动力体上的四个孔。然而，为了提高对称性和测量角度范围，目前常选择五孔和七孔探头，但在超声速工况中测量时，常规五孔或七孔探针前端总压孔的存在常导致探头前缘常出现钝体激波，增大流场损失，降低测量精度。

因此，为了减少超声速条件下探针产生的激波损失，研发一种超音速探针及其校准方法便极为重要。

发明内容

为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种超音速探针及其校准方法，它在测量过程中能够保持较小的激波角，激波损失较小，有助于提升测量精度。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

一种超音速探针及其校准方法，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孔道，所述四根孔道均分为进口段和采集段两部分，所述进口段与探针本体位于弯角底部区域对应设置，所述采集段与探针本体位于弯角顶部区域对应设置，四根孔道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，四根孔道均与所述圆锥探头贯通形成4个测孔，且所述4个测孔均位于圆锥探头的50％母线处，其中一根孔道沿探针本体轴向与圆锥探头贯通形成1号测孔为总压孔，其余三根孔道沿圆锥探头母线垂直方向贯通形成2号测孔、3号测孔及4号测孔为静压孔。

一种超音速探针的校准方法，其校准方法包括：

三个静压孔的平均压力值：

气流偏航角α校准系数：

气流俯仰角β校准系数：

总压校准系数：

静压校准系数：

式中，P₁、P₂、P₃和P₄分别表示1号测孔、2号测孔、3号测孔和4号测孔测得的压力，P_t和P_s分别表示来流总压和静压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明探针在测量过程中能够保持较小的激波角，圆锥探头的半锥角为15°，半径为2mm尺寸最佳，探针只有4个测孔，测孔半径为0.1mm，较前缘具有总压孔的多孔探针产生的钝体激波而言，有着较小的激波损失，有助于提升测量精度；