一种用于超声速气流脉动压力测量的探针的制作方法

本发明涉及风洞试验设备，具体地，涉及一种用于超声速气流脉动压力测量的探针。

背景技术：

1、在超声速风洞试验设备中，脉动压力表征气流压力、速度、密度等基本参数在时间序列的稳定性，是衡量超声速风洞设备流场动态品质的一个重要指标。

2、在常规超声速风洞中，试验段气流脉动压力水平高于真实飞行环境1～2个数量级，主要来源于上游气流的不稳定性，在横向不同位置基本相当，一般采用在壁面上安装脉动压力传感器的方式进行测量。

3、随着风洞试验要求的不断提高，要求风洞气流具有与真实飞行环境相当的脉动压力，以实现飞行器边界层自然转捩在风洞中的准确模拟。为了满足该要求，低扰动超声速风洞对上游气流脉动压力抑制到一定程度后，喷管及试验段壁面边界层的湍流噪声辐射成为试验段气流脉动压力的主要来源。该噪声从壁面边界层位置开始，沿超声速气流马赫线向中心区域气流传播，致使试验区域气流脉动压力在横向不同位置具有差别，靠近壁面气流脉动相对较高，在壁面边界层转捩前后影响分界附近位置尤为明显。因此，在壁面安装脉动压力传感器测量的方式测量结果存在较大的偏差而不再适用。另外，根据风洞不同运行要求试验压力变化幅度大，而湍流边界层噪声辐射引起的脉动压力幅度非常小，常规脉动压力测量方法信噪比低，测试结果误差大。

技术实现思路

1、本发明目的是实现低扰动超声速气流脉动压力的高精度测量。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，所述探针包括：

3、探针基座、探头、脉动压力传感器和稳态压力传感器；

4、探针基座与探头固定连接，探针基座内设有基座空腔，探头内设有探头空腔，探头空腔一端与基座空腔一端连通，探头空腔另一端为探测端，探测端开设有1个动态压力测量孔和若干个稳态压力测量孔，若干个稳态压力测量孔均与探头空腔连通；

5、脉动压力传感器的本体和脉动压力传感器的参考端均安装在动态压力测量孔内，脉动压力传感器的感压端与探测端齐平，脉动压力传感器信号线的一端与脉动压力传感器的本体连接，脉动压力传感器信号线的另一端依次穿过探头空腔、基座空腔和探针基座线缆孔后引出；脉动压力传感器信号线与探针基座线缆孔密封连接；

6、探针基座空腔另一端与稳态压力传感器密封连接，稳态压力传感器的感压端位于探针基座空腔内。

7、探头探测端开设多个稳态压力测量孔，将气流压力依次传导至探头空腔、基座空腔和稳态压力传感器感压端。

8、本发明的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针的工作原理是：在探头的探测端端面设置脉动压力测量孔和稳态压力测量孔。其中脉动压力测量孔将被测量气流脉动压力直接传导至脉动压力传感器感压端；稳态压力测量孔将被测量气流压力传导至探头空腔和基座空腔，并传导至脉动压力传感器参考端、稳态压力传感器感压面。脉动压力传感器输出差压值作为脉动压力信号，稳态压力传感器输出绝压值作为稳态压力信号。

9、优选的，动态压力测量孔位于探测端中部，若干个稳态压力测量孔围绕动态压力测量孔均匀分布。脉动压力测量孔位于中心，其受探针圆柱边缘角部流场影响小。

10、优选的，稳态压力测量孔的入口与探测端齐平，稳态压力测量孔的孔身沿探头至探针基座方向延伸至脉动压力传感器的本体和脉动压力传感器的参考端后方，稳态压力测量孔的出口与探头空腔连通。这样设计的目的是为了测量气流总压，感压孔必须开设在探针感压端面，与气流方向垂直。测量孔与空腔连通，实现气流压力向稳态压力传感器感压端、动态压力传感器参考端的压力传导。

11、优选的，脉动压力传感器采用套筒式安装于动态压力测量孔内。为了降低传感器及测试探针的阻塞度、减小其对气流的影响，动态压力传感器尺寸一般比较小，常用的差压型动态压力传感器直径仅2mm、长度仅15mm左右，外表面为光滑圆柱。为了便于传感器的安装与拆除，采用套筒方式将传感器从前端插入探针，适当采用密封脂进行密封。

12、优选的，稳态压力传感器采用螺纹方式与探针基座连接，稳态压力传感器与探针基座之间采用密封圈进行气密封。

13、优选的，所述脉动压力传感器为差压型脉动压力传感器，脉动压力传感器感压端感受被测量气流压力的动态信号，脉动压力传感器参考端感受被测量气流的稳态压力信号，实现气流相对当地稳态压力的脉动压力信号测量。

14、所述稳态压力传感器为绝压型稳态压力传感器。稳态压力传感器感压端感受被测量气流压力沿稳态压力测量孔、探头空腔和基座空腔传导过来的稳态压力信号，实现气流当地稳态压力的测量。

15、优选的，本发明中探头末端为平面，平面上开设感压孔，其与气流方向垂直目的是为了实现总压测量。本发明测压孔位于气流与探针接触位置，探针结构对气流的破坏影响较小。

16、优选的，探针基座线缆孔与基座空腔连通。

17、优选的，脉动压力传感器信号线采用密封线套与探针基座线缆孔进行气密封。

18、优选的，探针基座上开设有若干探针基座固定孔。

19、本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

20、本发明的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，将脉动压力传感器感压端与被测量的流动气流直接接触，避免了气流压力传导过程中的信号衰减，保证了气流脉动压力测量的准确性。

21、本发明的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，脉动压力传感器为差压型传感器，在被测量气流在不同压力水平下，脉动压力传感器平均压力均约为零，可在较宽气流压力范围内，采用小量程脉动压力传感器提高脉动压力测量结果信噪比。

22、本发明的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，可实现不同位置的测量，获得气流脉动压力的空间分布。

技术特征：

1.一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，其特征在于，所述探针包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，其特征在于，动态压力测量孔位于探测端中部，若干个稳态压力测量孔围绕动态压力测量孔均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，其特征在于，稳态压力测量孔的入口与探测端齐平，稳态压力测量孔的孔身沿探头至探针基座方向延伸至脉动压力传感器的本体和脉动压力传感器的参考端后方，稳态压力测量孔的出口与探头空腔连通。

4.根据权利要求1所述的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，其特征在于，稳态压力传感器采用螺纹方式与探针基座连接，稳态压力传感器与探针基座之间采用密封圈进行气密封。

5.根据权利要求1所述的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，其特征在于，所述脉动压力传感器为差压型脉动压力传感器，所述稳态压力传感器为绝压型稳态压力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，其特征在于，探针基座线缆孔与基座空腔连通。

7.根据权利要求1所述的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，其特征在于，脉动压力传感器信号线采用密封线套与探针基座线缆孔进行气密封。

8.根据权利要求1所述的一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，其特征在于，探针基座上开设有若干探针基座固定孔。

技术总结
本发明公开了一种用于超声速气流脉动压力测量的探针，涉及风洞试验设备技术领域，包括：探针基座、探头、脉动压力传感器和稳态压力传感器；探针基座内设有基座空腔，探头内设有探头空腔，探测端开设有1个动态压力测量孔和若干个稳态压力测量孔，若干个稳态压力测量孔均与探头空腔连通；脉动压力传感器的本体和脉动压力传感器的参考端均安装在动态压力测量孔内，脉动压力传感器的感压端与探测端齐平，脉动压力传感器信号线的一端与脉动压力传感器的本体连接，脉动压力传感器信号线的另一端依次穿过探头空腔、基座空腔和探针基座线缆孔后引出；稳态压力传感器的感压端位于探针基座空腔内。本发明能够实现低扰动超声速气流脉动压力的高精度测量。

技术研发人员：易星佑,赵芳,彭强,秦红岗,张云强
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23