[发明专利]一种测量风扇转静间轮毂三维动态附面层探针

权利要求书

1.一种测量风扇转静间轮毂三维动态附面层探针，由探针头部(1)、支杆(2)、动态压力传感器(6)、定位块(8)组成，其特征在于：所述探针头部(1)为共底面的圆柱体(3)和双扭线旋成体(4)，圆柱体(3)与双扭线旋成体(4)连接处光滑曲面过渡，探针头部(1)内封装一个动态压力传感器(6)，在双扭线旋成体表面，开设一个压力感受孔(5)，为斜孔(5)，斜孔(5)与探针头部(1)内封装的动态压力传感器(6)连通，斜孔(5)的中心线与探针头部(1)圆柱体(3)的轴线在同一个平面上，探针头部(1)圆柱体的轴线与探针支杆(2)的轴线重合；

探针头部(1)圆柱体(3)的直径为d，取值范围为1.5毫米≤d≤2.3毫米，长4d至8d；

旋成体(4)由双纽线上AB曲线段绕轴L旋转形成，A点为双纽线交点，B点切线与A点切线垂直，旋转轴L过A点且与A点切线垂直；

斜孔(5)的直径为0.2毫米至0.4毫米，斜孔(5)的中心线与探针头部(1)圆柱体(3)的轴线夹角为θ，取值范围为0°≤θ＜90°；

斜孔(5)圆心与双扭线旋成体(4)表面最低点的垂直距离为h，取值范围为0d≤h＜0.29d；

探针支杆(2)为圆柱体，直径为D，取值范围为4毫米≤D≤10毫米，其内部开有圆型管道，探针头部(1)内封装的动态压力传感器的线缆(7)通过探针支杆(2)内的管道引出探针尾部，探针尾部套装一个定位块(8)；

定位块(8)为一体结构，包含长方体底座(9)、圆柱体凸台(10)、通孔(11)、螺纹孔(12)，通过通孔(11)套装于探针尾部，由埋头螺钉(13)穿过凸台(10)两侧螺纹孔(12)固定，埋头螺钉(13)全部嵌入螺纹孔(12)内；

长方体底座(9)包含四个长方形侧面和两个正方形底面，四个侧面中相邻两个侧面互相垂直，四个侧面均可作为定位面，底座(9)中一个底面与圆柱体凸台(10)连接，底面的中垂线与凸台(10)轴线重合，凸台(10)轴线与通孔(11)中心线重合，通孔直径为D+0.05毫米，凸台外径为M，取值范围为D+2毫米≤M≤D+5毫米,底座(9)底面边长为M至M+3毫米，底座(9)厚度为H，取值范围为2毫米≤H≤5毫米；

在亚音速校准风洞中对探针进行标定，选取定位块(8)底座(9)中一个侧面作为定位面，通过水平仪确定定位块(8)定位面与压力感受孔(5)的相对位置，由埋头螺钉(13)固定定位块(8)，在不同来流方向、不同马赫数下，获得探针气动校准系数；

实际测量中，将探针安装固定在位移机构上，具体过程为，利用水平仪调整位移机构定位面水平，将探针安装在位移机构上，在探针定位块(8)的定位面上放置水平仪，沿探针支杆(2)轴线旋转探针，通过水平仪调整定位面水平，确定斜孔(5)中心线与位移机构定位面的相对位置，将探针固定在位移机构上；安装探针的位移机构通过定位装置安装到被测风扇的机匣(14)上，调整位移机构将该探针插入风扇转子(15)与静子(16)间轮毂(17)附面层内某一径向位置，根据已知的平均来流方向，通过位移机构调整探针，使压力感受孔对准平均来流方向，以此位置为基准，利用位移机构带动探针绕探针支杆(2)轴线向逆时针和顺时针方向各旋转3个角度，角度间隔为10°至20°，共测量7个角度位置，在每个角度位置下，结合亚音速校准风洞获得的在不同来流方向、不同马赫数下探针气动校准系数，计算出被测流场的气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数；

与其它附面层探针相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明探针头部采用双扭线旋成体结构，动态压力传感器可以更靠近压力感受孔进行安装，极大程度减小了压力感受孔与传感器之间的容腔体积，降低了容腔效应，提高了探针的频响，可以测量流场动态参数；压力感受孔圆心与双扭线旋成体表面最低点的垂直距离较小，可以实现轮毂附面层内部三维流场参数的测量，参数包括气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数；探针头部呈“丨”型，并且尺寸较小，一方面探针可以插入风扇转静间进行测量，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；

(2)双扭线旋成体与探针头部圆柱体光滑曲面过渡，当气流流过双扭线旋成体表面时，双扭线旋成体的特殊结构可以抑制气流在其表面发生气流分离，减弱支杆头部绕流对附面层内流场的干扰，另一方面，当靠近轮毂进行流场参数测量时，本发明可以抑制探针头部前端马蹄涡的尺度，提高测量精度；

(3)本发明采用的定位块尺寸小，在测量过程中，对探针的影响小，由于四个侧面均可作为定位面，相互之间可以替换，定位过程简单、方便，更适合工程应用。