用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，包括以下步驟：在流場(chǎng)中設(shè)置多孔總壓方向受感器，多孔總壓方向受感器經(jīng)自動(dòng)跟向裝置的調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)流場(chǎng)的氣流方向；根據(jù)多孔總壓方向受感器測(cè)得的壓力值和多孔總壓方向受感器的壓力-方向校準(zhǔn)曲線得到流場(chǎng)的第一氣流方向角；由自動(dòng)跟向裝置得到多孔總壓方向受感器的跟向角，采用跟向角對(duì)第一氣流方向角進(jìn)行修正得到第二氣流方向角。本發(fā)明通過(guò)檢測(cè)多孔總壓方向受感器的跟向角以對(duì)多孔總壓方向受感器檢測(cè)得到的第一氣流方向角進(jìn)行修正，從而得到流場(chǎng)的準(zhǔn)確氣流方向角，提高了氣流方向角的測(cè)量精度，以滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件試驗(yàn)的需求。
【專利說(shuō)明】用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件檢測(cè)領(lǐng)域，特別地，涉及一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件試 驗(yàn)的流場(chǎng)測(cè)試中氣流方向角度的測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國(guó)內(nèi)外都是通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)、改型。 在其部件試驗(yàn)中，精確的測(cè)試流場(chǎng)參數(shù)的分布情況對(duì)計(jì)算部件性能，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果尤為重 要。現(xiàn)在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件（渦輪、壓氣機(jī)）出口氣流方向角度場(chǎng)的測(cè)試主要采用以下方 法：
[0003] 方法一：是采用多孔壓力受感器夾裝在位移機(jī)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的逐點(diǎn)掃描，利用 位移機(jī)構(gòu)自動(dòng)跟向裝置對(duì)流場(chǎng)氣流方向角度實(shí)施跟向測(cè)量的方法。但多孔壓力受感器檢測(cè) 氣流方向角由于存在不敏感區(qū)域?qū)е聹y(cè)量誤差大的缺陷，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證由此會(huì)產(chǎn)生的角度測(cè) 量誤差最大達(dá)到5°。
[0004] 方法二：采用多孔總壓方向受感器夾裝在位移機(jī)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的逐點(diǎn)掃描，此 時(shí)多孔總壓方向受感器的支桿固定在位移機(jī)構(gòu)上并且不旋轉(zhuǎn)，試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中利用多空 總壓方向受感器測(cè)得的壓力值并通過(guò)其風(fēng)洞校準(zhǔn)曲線反查得出氣流方向角，但該方法存 在的缺陷是：當(dāng)固定安裝的受感器移動(dòng)到流場(chǎng)中氣流角變化較大的位置時(shí)，會(huì)存在較大測(cè) 量誤差，甚至無(wú)法測(cè)量，而且通常三孔或五孔總壓方向受感器角度測(cè)量范圍一般只能達(dá)到 ±30°，對(duì)于超出此范圍的測(cè)量誤差較大，故存在角度測(cè)量范圍局限的固有缺陷。
[0005] 現(xiàn)有的測(cè)試方法的問(wèn)題是多孔壓力受感器的測(cè)量誤差大，而總壓方向受感器的本 身角度測(cè)量范圍有限且存在氣動(dòng)零位角，測(cè)試的精度不高，難以滿足性能計(jì)算要求，達(dá)不到 試驗(yàn)?zāi)康摹?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提供一種用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，以解決現(xiàn)有的氣流 方向角度測(cè)量精度不高，難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)部件試驗(yàn)需要的技術(shù)問(wèn)題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，包括以下步驟：
[0009] 在流場(chǎng)中設(shè)置多孔總壓方向受感器，多孔總壓方向受感器經(jīng)自動(dòng)跟向裝置的調(diào)節(jié) 對(duì)準(zhǔn)流場(chǎng)的氣流方向；
[0010] 根據(jù)多孔總壓方向受感器測(cè)得的壓力值和多孔總壓方向受感器的壓力-方向校 準(zhǔn)曲線得到流場(chǎng)的第一氣流方向角；
[0011] 由自動(dòng)跟向裝置得到多孔總壓方向受感器的跟向角，采用跟向角對(duì)第一氣流方向 角進(jìn)行修正得到第二氣流方向角。
[0012] 進(jìn)一步地，多孔總壓方向受感器經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞校準(zhǔn)并記錄有多孔總壓方向受感器的 氣動(dòng)零位角，采用氣動(dòng)零位角和多孔總壓方向受感器的安裝零位角對(duì)第二氣流方向角進(jìn)行 修正得到第三氣流方向角。
[0013] 進(jìn)一步地，自動(dòng)跟向裝置包括：
[0014] 差壓傳感器，差壓傳感器的一端連接至多孔總壓方向受感器的一個(gè)壓力檢測(cè)孔， 差壓傳感器的另一端連接至多孔總壓方向受感器的另一個(gè)壓力檢測(cè)孔；差壓傳感器根據(jù)檢 測(cè)到的壓差信號(hào)生成指令以驅(qū)動(dòng)位移機(jī)構(gòu)帶動(dòng)多孔總壓方向受感器移動(dòng)。
[0015] 進(jìn)一步地，差壓傳感器判斷差壓信號(hào)是否大于設(shè)定閾值以生成指令驅(qū)動(dòng)位移機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)多孔總壓方向受感器移動(dòng)，當(dāng)差壓信號(hào)小于或者等于設(shè)定閾值，則判定多孔總壓方向 受感器對(duì)準(zhǔn)流場(chǎng)的氣流方向。
[0016] 進(jìn)一步地，位移機(jī)構(gòu)為三向位移機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)多孔總壓方向受感器沿風(fēng)洞的軸 向移動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)多孔總壓方向受感器沿風(fēng)洞的縱向位移的第二驅(qū)動(dòng)軸，第一驅(qū) 動(dòng)軸和第二驅(qū)動(dòng)軸均設(shè)有檢測(cè)位移角度的角度測(cè)量?jī)x。
[0017] 進(jìn)一步地，多孔總壓方向受感器為三孔總壓方向受感器或者五孔總壓方向受感 器。
[0018] 進(jìn)一步地，流場(chǎng)為用于檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的流場(chǎng)。
[0019] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0020] 本發(fā)明用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，通過(guò)對(duì)多孔總壓方向受感器在流場(chǎng)中 進(jìn)行調(diào)節(jié)且使得多孔總壓方向受感器對(duì)準(zhǔn)流場(chǎng)的氣流方向，并通過(guò)檢測(cè)多孔總壓方向受感 器的跟向角以對(duì)多孔總壓方向受感器檢測(cè)得到的第一氣流方向角進(jìn)行修正，從而得到流場(chǎng) 的準(zhǔn)確氣流方向角，提高了氣流方向角的測(cè)量精度，以滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件試驗(yàn)的需求。
[0021] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0023] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法的步驟流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0025] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，本 實(shí)施例流場(chǎng)為用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件試驗(yàn)的流場(chǎng)，例如對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪、壓氣機(jī)等部件 進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。由于部件試驗(yàn)中，精確的流場(chǎng)參數(shù)對(duì)計(jì)算部件的性能至關(guān)重要，故本實(shí)施例 中對(duì)流場(chǎng)的氣流方向角度的測(cè)量精度要求高。本實(shí)施例中，參照?qǐng)D1，該測(cè)量方法包括以下 步驟：
[0026] 步驟S101，在流場(chǎng)中設(shè)置多孔總壓方向受感器，多孔總壓方向受感器經(jīng)自動(dòng)跟向 裝置的調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)流場(chǎng)的氣流方向；本實(shí)施例中，多孔總壓方向受感器采用三孔總壓方向受 感器，自動(dòng)跟向裝置選用壓差傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，在應(yīng)用時(shí)，自動(dòng)跟向裝置的壓差傳感器 的正端連接三孔總壓方向受感器的第一壓力檢測(cè)孔，壓差傳感器的負(fù)端連接三孔總壓方向 受感器的第三壓力檢測(cè)孔，假設(shè)三孔總壓方向受感器的第一壓力檢測(cè)孔的壓力值為P1，第 二壓力檢測(cè)孔的壓力值為P2,第三壓力檢測(cè)孔的壓力值為P3,當(dāng)P1與P3的差值大于壓差 傳感器的設(shè)定閾值，則壓差傳感器生成指令驅(qū)動(dòng)位移機(jī)構(gòu)帶動(dòng)三孔總壓方向受感器位移， 以縮小三孔總壓方向受感器與流場(chǎng)中待測(cè)點(diǎn)的氣流方向的偏差，直至P1與P3的差值小于 或者等于設(shè)定閾值，即表明三孔總壓方向受感器對(duì)準(zhǔn)流場(chǎng)的氣流方向。
[0027] 本實(shí)施例中，自動(dòng)跟向裝置包括：差壓傳感器，差壓傳感器的一端連接至多孔總壓 方向受感器的一個(gè)壓力檢測(cè)孔，差壓傳感器的另一端連接至多孔總壓方向受感器的另一個(gè) 壓力檢測(cè)孔；差壓傳感器根據(jù)檢測(cè)到的壓差信號(hào)生成指令以驅(qū)動(dòng)位移機(jī)構(gòu)帶動(dòng)多孔總壓方 向受感器移動(dòng)。
[0028] 步驟S102,根據(jù)多孔總壓方向受感器測(cè)得的壓力值和多孔總壓方向受感器的壓 力-方向校準(zhǔn)曲線得到流場(chǎng)的第一氣流方向角，其中，多孔總壓方向受感器的壓力-方向校 準(zhǔn)曲線為在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞中對(duì)多孔總壓方向受感器進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)試得到，且該壓力-方向校準(zhǔn)曲 線存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，以供測(cè)試時(shí)調(diào)用，從而得到待測(cè)流場(chǎng)的第一氣流方向角。
[0029] 步驟S103,由自動(dòng)跟向裝置得到多孔總壓方向受感器的跟向角，采用跟向角對(duì)第 一氣流方向角進(jìn)行修正得到第二氣流方向角，本實(shí)施例中，定義多孔總壓方向受感器的檢 測(cè)方向的正向，如繞風(fēng)洞的軸線按逆時(shí)針?lè)较虻慕嵌葹檎?，得到第一氣流方向角和跟?角，將第一氣流方向角加上多孔方總壓方向受感器的跟向角，得到第二氣流方向角。
[0030] 由于傳統(tǒng)的多孔總壓方向受感器的角度檢測(cè)范圍有限，若超出測(cè)量范圍則會(huì)較大 的誤差，本實(shí)施例通過(guò)采用自動(dòng)跟向裝置對(duì)多孔總壓方向受感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)跟向，并 采用跟向角對(duì)第一氣流方向角進(jìn)行校正，從而既擴(kuò)大了多孔總壓方向受感器在流場(chǎng)內(nèi)檢測(cè) 氣流方向角的范圍，又提高了氣流方向角的檢測(cè)精度。
[0031] 優(yōu)選地，本實(shí)施例中，自動(dòng)跟向裝置中的位移機(jī)構(gòu)為三向位移機(jī)構(gòu)，包括：驅(qū)動(dòng)多 孔總壓方向受感器沿風(fēng)洞的軸向移動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)多孔總壓方向受感器沿風(fēng)洞的 縱向位移的第二驅(qū)動(dòng)軸，第一驅(qū)動(dòng)軸和第二驅(qū)動(dòng)軸均設(shè)有檢測(cè)位移角度的角度測(cè)量?jī)x，多 孔總壓方向受感器的跟向角由角度測(cè)量?jī)x測(cè)得。本實(shí)施例中，差壓傳感器的正端和負(fù)端分 別經(jīng)密封管道連接至多孔總壓方向受感器的不同壓力檢測(cè)孔上，優(yōu)選地，差壓傳感器的預(yù) 設(shè)閾值可以手動(dòng)更改，差壓傳感器根據(jù)修改后的預(yù)設(shè)閾值作為基準(zhǔn)值，判斷差壓傳感器檢 測(cè)的壓差是否大于該基準(zhǔn)值，從而調(diào)節(jié)多孔總壓方向受感器與流場(chǎng)的氣流方向的對(duì)準(zhǔn)，以 滿足多孔總壓方向受感器在流場(chǎng)的不同位置的對(duì)準(zhǔn)精度，避免因自動(dòng)跟向裝置存在不敏感 區(qū)域?qū)е碌亩嗫卓倝悍较蚴芨衅髋c流場(chǎng)的氣流方向?qū)?zhǔn)的偏差較大，從而影響氣流方向角 的測(cè)量精度。本實(shí)施例中，差壓傳感器將壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將電纜傳遞給控制器， 控制器根據(jù)接收到的指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)軸和/或第二驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)多孔總 壓方向受感器的自動(dòng)跟向調(diào)節(jié)。
[0032] 優(yōu)選地，本實(shí)施例中，用于氣流方向角測(cè)量的多孔總壓方向受感器在校準(zhǔn)風(fēng)洞進(jìn) 行校準(zhǔn)，篩選出角度測(cè)量精度較高的受感器用于試驗(yàn)，同時(shí)記錄該受感器的氣動(dòng)零位角。
[0033] 本實(shí)施例中，氣動(dòng)零位角是指多孔總壓方向受感器在校準(zhǔn)風(fēng)洞的標(biāo)準(zhǔn)流場(chǎng)中與氣 流方向的夾角，其為每支受感器本身的特性，同時(shí)與氣流馬赫數(shù)等因素相關(guān)；安裝零位角為 多孔總壓方向受感器在初始安裝時(shí)與風(fēng)洞的軸線之間的夾角，根據(jù)初始定義的角度方向可 以確定氣動(dòng)零位角和安裝零位角的正負(fù)方向。優(yōu)選地，對(duì)第二氣流方向角進(jìn)一步做修正，本 實(shí)施例中，采用氣動(dòng)零位角對(duì)第二氣流方向角進(jìn)行修正得到第三氣流方向角，通過(guò)在第二 氣流方向角的基礎(chǔ)上加上氣動(dòng)零位角和安裝零位角得到第三氣流方向角，以進(jìn)一步提高氣 流方向角的檢測(cè)精度。
[0034] 下面對(duì)本實(shí)施例中，三孔總壓方向受感器的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞校準(zhǔn)及壓力-方向校準(zhǔn)曲線 的生成進(jìn)行介紹：
[0035] 在校準(zhǔn)風(fēng)洞對(duì)試驗(yàn)使用的三孔總壓方向受感器進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過(guò)程是這樣的：在 某氣流馬赫數(shù)（M)下，在確定的氣流方向角范圍內(nèi)，記錄一組三孔總壓方向受感器在各個(gè) 角度下三個(gè)壓力檢測(cè)孔的壓力值（Pi，P 2，P3)及校準(zhǔn)風(fēng)洞標(biāo)準(zhǔn)總壓的壓力值（Pt)。在不同的 Μ數(shù)下，記錄各組壓力值。校準(zhǔn)系數(shù)的計(jì)算及使用方法如下：
[0036] 1)、定義無(wú)量綱系數(shù) [0037] 角度壓力系數(shù)見(jiàn)公式（1)
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟： 在所述流場(chǎng)中設(shè)置多孔總壓方向受感器，所述多孔總壓方向受感器經(jīng)自動(dòng)跟向裝置的 調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)所述流場(chǎng)的氣流方向； 根據(jù)所述多孔總壓方向受感器測(cè)得的壓力值和所述多孔總壓方向受感器的壓力-方 向校準(zhǔn)曲線得到所述流場(chǎng)的第一氣流方向角； 由所述自動(dòng)跟向裝置得到所述多孔總壓方向受感器的跟向角，采用所述跟向角對(duì)所述 第一氣流方向角進(jìn)行修正得到第二氣流方向角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，其特征在于， 所述多孔總壓方向受感器經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞校準(zhǔn)并記錄有所述多孔總壓方向受感器的氣動(dòng) 零位角，采用所述氣動(dòng)零位角和所述多孔總壓方向受感器的安裝零位角對(duì)所述第二氣流方 向角進(jìn)行修正得到第三氣流方向角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，其特征在于，所述自動(dòng) 跟向裝置包括： 差壓傳感器，所述差壓傳感器的一端連接至所述多孔總壓方向受感器的一個(gè)壓力檢測(cè) 孔，所述差壓傳感器的另一端連接至所述多孔總壓方向受感器的另一個(gè)壓力檢測(cè)孔；所述 差壓傳感器根據(jù)檢測(cè)到的壓差信號(hào)生成指令以驅(qū)動(dòng)位移機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述多孔總壓方向受感 器移動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，其特征在于， 所述差壓傳感器判斷所述差壓信號(hào)是否大于設(shè)定閾值以生成指令驅(qū)動(dòng)所述位移機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)所述多孔總壓方向受感器移動(dòng)，當(dāng)所述差壓信號(hào)小于或者等于所述設(shè)定閾值，則判定 所述多孔總壓方向受感器對(duì)準(zhǔn)所述流場(chǎng)的氣流方向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，其特征在于， 所述位移機(jī)構(gòu)為三向位移機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)所述多孔總壓方向受感器沿風(fēng)洞的軸向移動(dòng) 的第一驅(qū)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)所述多孔總壓方向受感器沿所述風(fēng)洞的縱向位移的第二驅(qū)動(dòng)軸，所述 第一驅(qū)動(dòng)軸和所述第二驅(qū)動(dòng)軸均設(shè)有檢測(cè)位移角度的角度測(cè)量?jī)x。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，其特征在于， 所述多孔總壓方向受感器為三孔總壓方向受感器或者五孔總壓方向受感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于流場(chǎng)的氣流方向角度測(cè)量方法，其特征在于， 所述流場(chǎng)為用于檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的流場(chǎng)。
【文檔編號(hào)】G01P13/02GK104090125SQ201410330977
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】劉宏博, 劉龍初, 劉臣勇 申請(qǐng)人:中國(guó)航空動(dòng)力機(jī)械研究所