[发明专利]一种提高滞止式总温探针测量精度的方法

说明书

本发明涉及一种提高滞止式总温探针测量精度的方法，在滞止罩进口及滞止室内布置导流片，将滞止罩进口分成上下两部分。本发明能够较好的组织滞止室内气流，使滞止式总温探针的测量端周围气流速度分布更加均匀，减小气流的脉动性，且能显著的降低冲击测量端的气流速度，减少滞止式总温探针的速度误差，从而提高滞止式总温探针的测量精度。

技术领域

本发明涉及一种提高滞止式总温探针测量精度的方法，尤其是涉及航空发动机或者燃气轮机以及航空航天领域中高速气流的总温测量。

背景技术

总温探针测量气流温度时所指示的温度实质是冲击其测量端并与之交换热量的那部分气流的温度。气流的总温T_t由静温T_s和动温T_d两部分组成即T_t＝T_s+T_d，其中动温的大小与气流速度的二次方呈正相关关系，如公式(1)所示。由此可见，如果流经总温探针测温端的气流具有较大的速度，那么总温探针所指示的温度值与气流的总温就有较大的差异，使得测温精度下降。一般采用恢复系数r来衡量气流动温恢复成总温的程度，如公式(2)所示。对于滞止式总温探针，恢复系数r值一般取0.95～0.99。气流因未全部滞止使得仍有一部分动温未全部恢复成总温是产生速度误差△T_v的原因，从速度误差△T_v的计算公式(3)可以看出,速度误差△T_v与测量端周围气流的速度V的大小、方向及均匀度密切相关。

其中,T_j为总温探针指示的温度，C_p为定压比热。

图1为现有技术中典型的滞止式总温探针示意图。通过给测量端5加装一个滞止罩，使气流通过滞止罩进口1流入滞止室3，冲刷滞止室内壁2，降低气流速度，然后与总温探针的测量端5进行换热，已达到减小速度误差的目的。最终气流通过滞止罩出气孔4流出，这便是采用滞止罩提高总温探针测量精度的原理。对于具有较高速度V的气流的总温的测量，比如航空发动机尾喷管、涡轮出口的高速气流的总温测量，一般给总温探针加装一个滞止罩，以减小冲击测量端气流的速度V，从而减少速度误差△T_v，达到提高测温精度的目的。

提高高速气流总温的测温精度对于航空发动机来说是具有重要意义的。当前先进航空发动机涡轮进口温度已经超过2000K，而且每年以20度的趋势向上提升，几乎逼近热端部件材料的极限。这种恶劣的高温环境，容易造成热端部件失效，严重影响其寿命和可靠性。而涡轮进口温度一般是通过测量涡轮出口温度来反推计算得到的。涡轮出口的温度一般采用滞止式总温探针进行测量。由于涡轮出口气流具有较大的速度V，使得速度误差△T_v较大，造成总温探针的测量精度较低，使得对涡轮进口温度估值偏低，很有可能造成热端部件的失效。

此外，基于涡轮出口温度的反馈调节是航空发动机性能调节的一种重要方法，而滞止式总温探针常用于涡轮出口总温的测量，因此通过减少速度误差的方法来提高其测量精度，可以避免所留裕度过高，更加充分的发挥发动机的性能，这对发动机的性能调节有着重要意义。另外当气流的总温得以真实的反应时，能够帮助设计人员在设计时减少为材料所留的裕度，从而减轻发动机的重量，这对提高发动机的推重比很有意义。

尽管滞止式总温探针在高速气流总温的测量中存在诸多优点，但由于缺乏对滞止室内流动结构特点的认识与分析，使得当前所使用的技术还存在较多不足。第一，当前所使用的技术，气流垂直冲击滞止室的内壁，并在滞止室里形成多个分离区，这些分离区挤压气流流过的通道面积，使得气流速度增加，减弱了滞止罩的滞止效果。第二，受滞止室内分离泡的影响，气流在滞止室里的流动具有很强的三维非定常性，使得测量端周围的气流速度V大小不一，分布十分不均匀。第三，这种较强的三维非定常性使得流经测量端的气流脉动性变大，增加了所测气流温度的脉动性，使得测温精度下降。

发明内容