一种适用于涡轮级间宽测量范围的五孔压力探针

技术特征：
1.一种适用于涡轮级间宽测量范围的五孔压力探针，由探针支杆(1)、探针头部(2)、头部支杆(3)、测压中孔(4)、测压左孔(5)、测压右孔(6)、测压上孔(7)、测压下孔(8)、引压管通道(9)、引压管(10)组成，其特征在于：所述的头部支杆(3)与探针支杆(1)焊接；探针头部(2)位于头部支杆(3)前端，开设互不相通的测压中孔(4)、测压左孔(5)、测压右孔(6)、测压上孔(7)、测压下孔(8)；所述的引压管(10)封装于探针支杆(1)内部，一端与探针头部(2)的五个测压孔相通，另一端经引压管通道(9)从探针支杆(1)尾部引出；进一步，探针支杆(1)为圆柱体，其截面直径为4毫米～40毫米；进一步，头部支杆(3)整体呈“了”型，中间转角处采用圆弧过渡，其截面形状为正方形，边长为0.8毫米～6毫米，其中一条直角棱边正对来流方向，四条直角棱边打磨圆角或保持锐角，头部支杆(3)作为探针定位面使用；进一步，头部支杆(3)尺寸在顶部方向投影不超出探针支杆(1)截面，与探针支杆(1)截面外边距离为0.5毫米～1毫米，探针头部(2)中心轴线距离头部支杆(3)与探针支杆(1)连接面的尺寸为2～5倍探针支杆(1)边长；探针头部(2)结构为棱台，侧面锥角为30
°
～120
°
，顶面边长为0.2毫米～1.6毫米，四个侧棱打磨圆角或保持锐角，测压中孔(4)位于棱台顶面中心，其中心轴线正对来流方向，测压左孔(5)、测压右孔(6)、测压上孔(7)和测压下孔(8)分别位于棱台得四个侧面，与测压中孔(4)的距离为0.2毫米～2毫米；进一步，在校准风洞中对一种适用于涡轮级间宽测量范围的五孔压力探针进行宽范围校准，校准的速度范围为0.1马赫～1.4马赫，偏转角范围为-80
°
～80
°
，俯仰角范围为-80
°
～80
°
；进一步，通过宽范围五孔探针数据处理方法，获得每个马赫数下，不同偏转角和俯仰角的偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数的校准曲线，所述的宽范围五孔探针数据处理方法包含以下两种方法：第一种为四域法，其特征在于：步骤一：偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数定义如下：步骤一：偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数定义如下：步骤一：偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数定义如下：步骤一：偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数定义如下：其中：c
py
为偏转角系数，c
pp
为俯仰角系数，c
pt
为总压系数，c
ps
为静压系数，校准风洞的来流总压和静压分别为p
t
和p
s
，五孔压力探针中孔、左孔、右孔、上孔和下孔测得的压力值分别为p1、p2、p3、p4和p5；步骤二：通过以上定义分别获得每个来流马赫数下，各域的偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数的校准曲线，将校准曲线在左孔压力值与右孔压力值相等处、上孔压力值与下孔压力值相等处分成四个域：第一象限、第二象限、第三象限和第四象限；步骤三：实际测量时，首先比较左、右孔压力值的大小以及上、下孔压力值的大小，判断
选取对应域的校准曲线：当右孔压力值大于左孔压力值，且上孔压力值大于下孔压力值时，选取第一象限的校准曲线；当左孔压力值大于右孔压力值，且上孔压力值大于下孔压力值时，选取第二象限的校准曲线；当左孔压力值大于右孔压力值，且下孔压力值大于上孔压力值时，选取第三象限的校准曲线；当右孔压力值大于左孔压力值，且下孔压力值大于上孔压力值时，选取第四象限的校准曲线；步骤四：用实际测得的五个孔的压力值，计算得出偏转角系数和俯仰角系数，然后通过对应域的校准曲线插值计算出实际测量的偏转角、俯仰角、总压、静压和马赫数；第二种为五域法，其特征在于：步骤一：根据宽范围校准获得的五个感压孔数据，比较各孔压力值，以压力值最大孔所在方位进行分域，将校准数据分为中域、左域、右域、上域和下域；步骤二：各域的偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数定义如下：中域：pp＝(p1 p2 p3 p4)/4)/4)/4)/4左域：pp＝(p4 p5)/2)/2)/2)/2右域：pp＝(p4 p5)/2)/2
上域：pp＝(p2 p3)/2)/2)/2)/2下域：pp＝(p2 p3)/2)/2)/2)/2其中：c
py
为偏转角系数，c
pp
为俯仰角系数，c
pt
为总压系数，c
ps
为静压系数，校准风洞的来流总压和静压分别为p
t
和p
s
，五孔压力探针中孔、左孔、右孔、上孔和下孔测得的压力值分别为p1、p2、p3、p4和p5；步骤三：通过以上定义分别获得不同来流马赫数下各域的偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数的校准曲线；步骤四：测量时，比较实际测得的五个孔的压力值，根据压力值最大孔所在方位确定所在的域，按照所在域的偏转角系数和俯仰角系数定义，计算得出偏转角系数和俯仰角系数，通过校准得到的校准曲线插值计算出实际测量的偏转角、俯仰角、总压、静压和马赫数。

技术总结
本发明属于内流压力测试技术领域，具体涉及一种适用于涡轮级间宽测量范围的五孔压力探针。头部支杆与探针支杆焊接；探针头部位于头部支杆前端，开设互不相通的测压中孔、测压左孔、测压右孔、测压上孔、测压下孔；所述的引压管封装于探针支杆内部，一端与探针头部的五个测压孔相通，另一端经引压管通道从探针支杆尾部引出。本发明通过创新性的探针头部和头部支杆结构设计，减小了五孔压力探针在高马赫数范围对被测流场的干扰，使其能插入到涡轮级间的狭窄空间实现在宽马赫数范围的高精度测量。本发明还提出两种新的五孔压力探针数据处理方法，均可有效扩宽探针的角度测量范围，在涡轮级间实现宽气流角范围的测量。轮级间实现宽气流角范围的测量。轮级间实现宽气流角范围的测量。


技术研发人员：马宏伟 郭君德 范聪聪
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.09.06
技术公布日：2022/12/5