[发明专利]一种测量风扇转静间轮毂三维动态附面层探针

说明书

本发明属于亚音速三维流场参数测试技术领域，具体涉及一种测量风扇转静间轮毂三维动态附面层探针。包括探针头部、支杆、动态压力传感器、定位块，探针头部包括共底面的圆柱体和双扭线旋成体，其内部封装一个动态压力传感器，在探针头部双扭线旋成体侧面上，开有一个压力感受孔，该孔与探针头部内的动态压力传感器连通，传感器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。本发明经过校准风洞标定，可以测量风扇转静间轮毂附面层内三维流场参数的动态变化，流场参数包括气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数，为提高风扇性能提供测量数据。与其它附面层探针相比，本发明探针头部采用双扭线旋成体结构，探针头部呈“丨”型，压力感受孔圆心与探针头部最低点的垂直距离较小，具有自带定位功能、尺寸小、空间分辨率高、可以插入风扇转静间进行测量、对被测流场干扰小、测量精度高以及多参数动态测量的优点。

技术领域

本发明属于亚音速三维流场参数测试技术领域，具体涉及一种测量风扇转静间轮毂三维动态附面层探针，适用于测量风扇转子与静子之间轮毂附面层内三维流场参数的动态变化，流场参数包括气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数。

背景技术

获取风扇转静间轮毂三维动态附面层气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数，对于提高风扇性能具有重要的作用。由于轮毂区边界层流场受到动叶尾迹、角涡以及其他二次流的扫掠影响，内部流场具有很强的非定常性、有旋性，并且风扇转静间轴向间隙非常小，尤其在中小型风扇中转静间轴向间隙更小，因此对于风扇转静间轮毂附面层内部的三维流场参数的测试，存在正气流俯仰角较大、气流偏转角较大、附面层厚度较薄以及测试空间狭小等测量难点。

目前针对附面层流场参数的测量可以分为接触式测量和非接触式测量两种方法。

接触式测量主要采用附面层探针、热线以及动态壁面静压传感器等测量方法。常规的附面层探针，由于探针头部为L型，无法插入风扇转静间进行测量，并且附面层探针还存在非常大的容腔效应，只能获得测点的稳态总压值，无法测量气流俯仰角、气流偏转角、静压和马赫数的动态变化；根据附面层探针对于气流方向的不敏感性，当流场偏转角较大时，附面层探针更无法获得精确的总压值。采用热线探针测量边界层流场时，通常只能够测量出一维流场动态速度信号，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参数信息。动态壁面静压传感器可以安装在机匣表面，测量机匣附面层动态静压，由于轮毂是旋转的，传感器在轮毂表面的安装受到限制，测量轮毂附面层动态静压非常困难，并且动态壁面静压传感器无法测量气流俯仰角、气流偏转角、总压和马赫数。

非接触测量主要包括粒子图像测速技术(PIV)、激光多普勒测速技术(LDV)、相位多普勒粒子分析仪(PDPA)以及压敏漆(PSP)等测量方法，PIV/LDV/PDPA不会对流场产生干扰，常用于流场速度的测量，但在测量附面层流场速度过程中存在壁面反光、粒子浓度低等问题，无法获取准确的附面层速度场数据，并且这类测量方法不能提供总压、静压的动态变化信息。压敏漆(PSP)利用压敏涂料对压力的敏感性，可以获得壁面动态静压的分布云图，可以反映轮毂附面层内静压的动态变化，但压敏漆是一种宏观测量方法，不能获得准确的静压值，同时更不能获得气流俯仰角、气流偏转角、总压和马赫数的动态信息。

在风扇试验中，对转静间轮毂附面层三维流场参数的测量，我们更希望获得附面层流场气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数的动态变化，用于验证风扇设计和流场诊断，以便改进机器性能，上述探针无法满足测试需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：测量风扇转静间轮毂附面层内三维流场中，气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数的动态变化。为此，本发明提供了一种测量风扇转静间轮毂三维动态附面层探针，与其它附面层探针相比，本发明具有自带定位功能、尺寸小、空间分辨率高、可以插入转静间进行测量、对被测流场干扰小、测量精度高以及多参数动态测量的优点。本发明适合于测量风扇转静间轮毂附面层内三维流场中，气流俯仰角、气流偏转角、总压、静压和马赫数的动态变化。

本发明的技术解决方案是：