CN109186815A - 一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置。航空发动机风扇/压气机单级压比相对较低，处于高进气马赫数、低温升的工作状态，通过温升测试难以获得准确的功率和效率评估。导致这一问题的根本原因是低温高马赫数情况下传感器换热系数无法准确获得，目前国内关于这类温度测试的标定方法均不能很好地解决这一测试精度问题，为此提出了一种温度探针互较的方法以解决温度的测试精度问题。本发明在校准风洞上利用两支完全相同的待测探针进行互较，再用标准温度探针进行复温比的标定，可以很好地对温度测试结果进行修正。在此基础上，本发明的标定装置不仅能标定马赫数带来的复温比差异，同时能够标定总温、总压、气流角对复温比的影响。

Description

一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置

技术领域：

本发明涉及一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置，用于解决低温高马赫数情况下温度测试不准确的问题，具体涉及到气体温度测量的标定装置，属于气体温度测量领域。

背景技术

在稳态气流温度测量中往往采用接触式测量的温度探针的测量方法，采用温度探针会带来一个问题，气流的动能不能被完全恢复成热能，这是由于当温度探针浸入到气流中时将产生与未受扰动的气流温度有差异的新的热平衡。新的热平衡主要由探针与环境之间的辐射、热传导、以及气流与探针之间的热对流共同造成的。当气流速度较高时，由摩擦和滞止造成的气动热效应的影响将不能忽略，加入到新的热平衡的影响中来。得到的测量温度将远低于实际温度。

在低温高马赫数下，这种温度测量上的偏差将尤为明显，一是由于在高马赫数下的气动热效应更为明显，二是在低温情况下的传热效果更强。因此需要进行对低温高马赫数的温度探针的测量修正。

对温度的标定修正方法是目前航空发动机叶轮机械常用于功率和温升效率的测量、计算手段，特别是在不能直接获得扭矩的情况下。整机低温高马赫数测量偏差较大，通常难以正确计算效率和功率，导致问题的根本原因是低温高马赫数情况下传感器换热系数无法获得，使测试温度远低于正确温度。国内常用复温比R或复温系数r的方法对温度进行修正。

复温比定义R：

其中表示探针测量温度值，表示探针所在位置实际温度值。

目前的方法同样无法满足足够的温度测试精度，主要原因是用标准探针测量未考虑标准探针与待测探针之间由于结构差异造成的气流结构差异，流动不相似，复温比不相同的影响。

发明内容

本发明的目的在于解决上述低温高马赫数下温度测量与实际情况差异明显，提供一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置，具体为一种标定准确、可确定多种影响因素的温度探针互较的标定装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置，主要包括校准风洞部分和测试部分。校准风洞部分包括连续气源(1)，电加热器(2)，进气阀门(3)，校准风洞(4)。测试部分位于校准风洞的稳压段和收敛段，包括移动立柱(5)，标准温度探针(6)，待测温度探针(7)，与待测温度探针结构完全相同的温度探针(8)，数据采集系统(9)，计算机(10)。

所述的标准温度探针(6)放置于校准风洞稳压段，待测温度探针(7)固定在移动立柱5上，并置于校准风洞收敛段喷管出口；与待测探针结构完全相同的温度探针(8)置于校准风洞稳压段，利用待测温度探针(7)和温度探针(8)进行互较。

所述的数据采集系统(9)记录待测温度探针(7)和温度探针(8)之间的温度差值。

连续气源1依次通过电加热器2、进气阀3与校准风洞4相连，连续气源(1)可以进行总压条件的调节，电加热器(2)可对气流进行加热进行总温条件的调节，进气阀门(3)可以进行流量调节以改变马赫数，移动立柱(5)可以进行俯仰和旋转的调节以改变气流角。

一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置，其有益效果是：

(1)利用和待测温度探针完全相同的温度探针，使得气流经过温度探针(8)时形成与待测温度探针(7)相似的流动结构，再通过标准探针标定复温比，标定结果更准确。

(2)直接记录两支待测探针测量结果的差值，可减少数据量，并直接获得对于待测探针在某马赫数下测量温度与实际温度的差值。

(3)马赫数由进气阀随流量调节而改变。总压条件由连续气源的调压阀进行调节，总温条件由电加热器进行调节。喷管出口的待测温度探针固定在可移动立柱上，可以进行旋转和俯仰的操作。可以通过控制变量的方法确定不同待测探针，马赫数、总温、总压、气流角改变的情况下对复温比R的影响。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行进一步的说明。

本发明提供了一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置。如图1所述，该装置主要包括校准风洞部分和测试部分。校准风洞部分包括连续气源1，电加热器2，进气阀门3，校准风洞4。测试部分位于校准风洞的稳压段和收敛段，包括移动立柱5，标准温度探针6，待测温度探针7，与待测温度探针结构完全相同的温度探针8，数据采集系统9，计算机10。校准风洞4采用吹气式风洞，流动较为稳定，不易喘振。连续气源1提供稳定流动的气流，并按照需求通过改变气源装置中的调压阀改变总压条件。经过连续气源产生的气流经过电加热器2进行加热处理，并通过温控仪对所需温度进行控制。经过电加热器后气流通过管道经过进气阀3，通过改变阀门开度进行进气流量的控制，从而改变喷口处气流马赫数。之后气流分别流经校准风洞4的扩张段，稳压段，收敛段，提供收敛段喷口处均匀气流。标准温度探针6放置在稳压段，待测温度探针7放置在收敛段的喷口处，与待测探针完全相同的温度探针8放置在稳压段。稳压段速度较低，近似测得气流实际总温收敛段喷口处测得不同马赫数下的测量总温

标准温度探针6测量总温条件作为参考值，待测温度探针7、温度探针8通过利用求差计算待测温度探针复温比的影响。马赫数通过校准风洞自带的测试系统的总静压条件计算获得并与温度测量结果同步，9为数据采集卡，将温度测量结果和马赫数、压力测量结果同步记录在计算机10。待测温度探针7固定在活动立柱5上，可以进行旋转和俯仰的调节。

实施过程以标准大气条件、0气流角作为参考条件，通过改变马赫数进行Ma-R(马赫数-复温比)标定曲线的绘制，进行控制变量，改变单一变量地情况下进行Ma-R(马赫数-复温比)标定曲线的绘制，将结果汇总用做实际测量的温度修正。

Claims (1)

1.一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置，其特征在于：该装置主要包括校准风洞部分和测试部分；校准风洞部分包括连续气源(1)，电加热器(2)，进气阀门(3)，校准风洞(4)；测试部分位于校准风洞的稳压段和收敛段，包括移动立柱(5)，标准温度探针(6)，待测温度探针(7)，与待测温度探针结构完全相同的温度探针(8)，数据采集系统(9)，计算机(10)；

所述的标准温度探针(6)放置于校准风洞稳压段，待测温度探针(7)固定在移动立柱(5)上，并置于校准风洞收敛段喷管出口；与待测温度探针结构完全相同的温度探针(8)置于校准风洞稳压段，利用待测温度探针(7)和温度探针(8)进行互较；

所述的数据采集系统(9)记录待测温度探针(7)和温度探针(8)之间的温度差值；

所述的连续气源(1)依次通过电加热器(2)、进气阀(3)与校准风洞(4)相连，连续气源(1)可以进行总压条件的调节，电加热器(2)可对气流进行加热进行总温条件的调节，进气阀门(3)可以进行流量调节以改变马赫数，移动立柱(5)可以进行俯仰和旋转的调节以改变气流角。