用于流场的气流方向角度测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于流场的气流方向角度测量方法，包括以下步骤：在流场中设置多孔总压方向受感器，多孔总压方向受感器经自动跟向装置的调节对准流场的气流方向；根据多孔总压方向受感器测得的压力值和多孔总压方向受感器的压力-方向校准曲线得到流场的第一气流方向角；由自动跟向装置得到多孔总压方向受感器的跟向角，采用跟向角对第一气流方向角进行修正得到第二气流方向角。本发明通过检测多孔总压方向受感器的跟向角以对多孔总压方向受感器检测得到的第一气流方向角进行修正，从而得到流场的准确气流方向角，提高了气流方向角的测量精度，以满足航空发动机部件试验的需求。
【专利说明】用于流场的气流方向角度测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空发动机部件检测领域，特别地，涉及一种用于航空发动机部件试 验的流场测试中气流方向角度的测量方法。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外都是通过试验来验证新型航空发动机的设计和发动机的改进、改型。 在其部件试验中，精确的测试流场参数的分布情况对计算部件性能，验证设计结果尤为重 要。现在对航空发动机部件（涡轮、压气机）出口气流方向角度场的测试主要采用以下方 法：
[0003] 方法一：是采用多孔压力受感器夹装在位移机构上实现对流场的逐点扫描，利用 位移机构自动跟向装置对流场气流方向角度实施跟向测量的方法。但多孔压力受感器检测 气流方向角由于存在不敏感区域导致测量误差大的缺陷，经试验验证由此会产生的角度测 量误差最大达到5°。
[0004] 方法二：采用多孔总压方向受感器夹装在位移机构上实现对流场的逐点扫描，此 时多孔总压方向受感器的支杆固定在位移机构上并且不旋转，试验测试过程中利用多空 总压方向受感器测得的压力值并通过其风洞校准曲线反查得出气流方向角，但该方法存 在的缺陷是：当固定安装的受感器移动到流场中气流角变化较大的位置时，会存在较大测 量误差，甚至无法测量，而且通常三孔或五孔总压方向受感器角度测量范围一般只能达到 ±30°，对于超出此范围的测量误差较大，故存在角度测量范围局限的固有缺陷。
[0005] 现有的测试方法的问题是多孔压力受感器的测量误差大，而总压方向受感器的本 身角度测量范围有限且存在气动零位角，测试的精度不高，难以满足性能计算要求，达不到 试验目的。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供一种用于流场的气流方向角度测量方法，以解决现有的气流 方向角度测量精度不高，难以满足发动机部件试验需要的技术问题。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] -种用于流场的气流方向角度测量方法，包括以下步骤：
[0009] 在流场中设置多孔总压方向受感器，多孔总压方向受感器经自动跟向装置的调节 对准流场的气流方向；
[0010] 根据多孔总压方向受感器测得的压力值和多孔总压方向受感器的压力-方向校 准曲线得到流场的第一气流方向角；
[0011] 由自动跟向装置得到多孔总压方向受感器的跟向角，采用跟向角对第一气流方向 角进行修正得到第二气流方向角。
[0012] 进一步地，多孔总压方向受感器经标准风洞校准并记录有多孔总压方向受感器的 气动零位角，采用气动零位角和多孔总压方向受感器的安装零位角对第二气流方向角进行 修正得到第三气流方向角。
[0013] 进一步地，自动跟向装置包括：
[0014] 差压传感器，差压传感器的一端连接至多孔总压方向受感器的一个压力检测孔， 差压传感器的另一端连接至多孔总压方向受感器的另一个压力检测孔；差压传感器根据检 测到的压差信号生成指令以驱动位移机构带动多孔总压方向受感器移动。
[0015] 进一步地，差压传感器判断差压信号是否大于设定阈值以生成指令驱动位移机构 带动多孔总压方向受感器移动，当差压信号小于或者等于设定阈值，则判定多孔总压方向 受感器对准流场的气流方向。
[0016] 进一步地，位移机构为三向位移机构，包括驱动多孔总压方向受感器沿风洞的轴 向移动的第一驱动轴和驱动多孔总压方向受感器沿风洞的纵向位移的第二驱动轴，第一驱 动轴和第二驱动轴均设有检测位移角度的角度测量仪。
[0017] 进一步地，多孔总压方向受感器为三孔总压方向受感器或者五孔总压方向受感 器。
[0018] 进一步地，流场为用于检测航空发动机部件的流场。
[0019] 本发明具有以下有益效果：
[0020] 本发明用于流场的气流方向角度测量方法，通过对多孔总压方向受感器在流场中 进行调节且使得多孔总压方向受感器对准流场的气流方向，并通过检测多孔总压方向受感 器的跟向角以对多孔总压方向受感器检测得到的第一气流方向角进行修正，从而得到流场 的准确气流方向角，提高了气流方向角的测量精度，以满足航空发动机部件试验的需求。
[0021] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0023] 图1是本发明优选实施例用于流场的气流方向角度测量方法的步骤流程示意图。
【具体实施方式】
[0024] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。
[0025] 参照图1，本发明的优选实施例提供了一种用于流场的气流方向角度测量方法，本 实施例流场为用于航空发动机部件试验的流场，例如对航空发动机的涡轮、压气机等部件 进行验证试验。由于部件试验中，精确的流场参数对计算部件的性能至关重要，故本实施例 中对流场的气流方向角度的测量精度要求高。本实施例中，参照图1，该测量方法包括以下 步骤：
[0026] 步骤S101，在流场中设置多孔总压方向受感器，多孔总压方向受感器经自动跟向 装置的调节对准流场的气流方向；本实施例中，多孔总压方向受感器采用三孔总压方向受 感器，自动跟向装置选用压差传感器进行驱动控制，在应用时，自动跟向装置的压差传感器 的正端连接三孔总压方向受感器的第一压力检测孔，压差传感器的负端连接三孔总压方向 受感器的第三压力检测孔，假设三孔总压方向受感器的第一压力检测孔的压力值为P1，第 二压力检测孔的压力值为P2,第三压力检测孔的压力值为P3,当P1与P3的差值大于压差 传感器的设定阈值，则压差传感器生成指令驱动位移机构带动三孔总压方向受感器位移， 以缩小三孔总压方向受感器与流场中待测点的气流方向的偏差，直至P1与P3的差值小于 或者等于设定阈值，即表明三孔总压方向受感器对准流场的气流方向。
[0027] 本实施例中，自动跟向装置包括：差压传感器，差压传感器的一端连接至多孔总压 方向受感器的一个压力检测孔，差压传感器的另一端连接至多孔总压方向受感器的另一个 压力检测孔；差压传感器根据检测到的压差信号生成指令以驱动位移机构带动多孔总压方 向受感器移动。
[0028] 步骤S102,根据多孔总压方向受感器测得的压力值和多孔总压方向受感器的压 力-方向校准曲线得到流场的第一气流方向角，其中，多孔总压方向受感器的压力-方向校 准曲线为在标准风洞中对多孔总压方向受感器进行校准测试得到，且该压力-方向校准曲 线存储在存储介质中，以供测试时调用，从而得到待测流场的第一气流方向角。
[0029] 步骤S103,由自动跟向装置得到多孔总压方向受感器的跟向角，采用跟向角对第 一气流方向角进行修正得到第二气流方向角，本实施例中，定义多孔总压方向受感器的检 测方向的正向，如绕风洞的轴线按逆时针方向的角度为正向，得到第一气流方向角和跟向 角，将第一气流方向角加上多孔方总压方向受感器的跟向角，得到第二气流方向角。
[0030] 由于传统的多孔总压方向受感器的角度检测范围有限，若超出测量范围则会较大 的误差，本实施例通过采用自动跟向装置对多孔总压方向受感器进行实时的自动跟向，并 采用跟向角对第一气流方向角进行校正，从而既扩大了多孔总压方向受感器在流场内检测 气流方向角的范围，又提高了气流方向角的检测精度。
[0031] 优选地，本实施例中，自动跟向装置中的位移机构为三向位移机构，包括：驱动多 孔总压方向受感器沿风洞的轴向移动的第一驱动轴和驱动多孔总压方向受感器沿风洞的 纵向位移的第二驱动轴，第一驱动轴和第二驱动轴均设有检测位移角度的角度测量仪，多 孔总压方向受感器的跟向角由角度测量仪测得。本实施例中，差压传感器的正端和负端分 别经密封管道连接至多孔总压方向受感器的不同压力检测孔上，优选地，差压传感器的预 设阈值可以手动更改，差压传感器根据修改后的预设阈值作为基准值，判断差压传感器检 测的压差是否大于该基准值，从而调节多孔总压方向受感器与流场的气流方向的对准，以 满足多孔总压方向受感器在流场的不同位置的对准精度，避免因自动跟向装置存在不敏感 区域导致的多孔总压方向受感器与流场的气流方向对准的偏差较大，从而影响气流方向角 的测量精度。本实施例中，差压传感器将压差信号转换为电信号，并将电缆传递给控制器， 控制器根据接收到的指令驱动电机带动第一驱动轴和/或第二驱动轴旋转，以实现多孔总 压方向受感器的自动跟向调节。
[0032] 优选地，本实施例中，用于气流方向角测量的多孔总压方向受感器在校准风洞进 行校准，筛选出角度测量精度较高的受感器用于试验，同时记录该受感器的气动零位角。
[0033] 本实施例中，气动零位角是指多孔总压方向受感器在校准风洞的标准流场中与气 流方向的夹角，其为每支受感器本身的特性，同时与气流马赫数等因素相关；安装零位角为 多孔总压方向受感器在初始安装时与风洞的轴线之间的夹角，根据初始定义的角度方向可 以确定气动零位角和安装零位角的正负方向。优选地，对第二气流方向角进一步做修正，本 实施例中，采用气动零位角对第二气流方向角进行修正得到第三气流方向角，通过在第二 气流方向角的基础上加上气动零位角和安装零位角得到第三气流方向角，以进一步提高气 流方向角的检测精度。
[0034] 下面对本实施例中，三孔总压方向受感器的标准风洞校准及压力-方向校准曲线 的生成进行介绍：
[0035] 在校准风洞对试验使用的三孔总压方向受感器进行校准，校准过程是这样的：在 某气流马赫数（M)下，在确定的气流方向角范围内，记录一组三孔总压方向受感器在各个 角度下三个压力检测孔的压力值（Pi，P 2，P3)及校准风洞标准总压的压力值（Pt)。在不同的 Μ数下，记录各组压力值。校准系数的计算及使用方法如下：
[0036] 1)、定义无量纲系数 [0037] 角度压力系数见公式（1)
[0038]
【权利要求】
1. 一种用于流场的气流方向角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 在所述流场中设置多孔总压方向受感器，所述多孔总压方向受感器经自动跟向装置的 调节对准所述流场的气流方向； 根据所述多孔总压方向受感器测得的压力值和所述多孔总压方向受感器的压力-方 向校准曲线得到所述流场的第一气流方向角； 由所述自动跟向装置得到所述多孔总压方向受感器的跟向角，采用所述跟向角对所述 第一气流方向角进行修正得到第二气流方向角。
2. 根据权利要求1所述的用于流场的气流方向角度测量方法，其特征在于， 所述多孔总压方向受感器经标准风洞校准并记录有所述多孔总压方向受感器的气动 零位角，采用所述气动零位角和所述多孔总压方向受感器的安装零位角对所述第二气流方 向角进行修正得到第三气流方向角。
3. 根据权利要求2所述的用于流场的气流方向角度测量方法，其特征在于，所述自动 跟向装置包括： 差压传感器，所述差压传感器的一端连接至所述多孔总压方向受感器的一个压力检测 孔，所述差压传感器的另一端连接至所述多孔总压方向受感器的另一个压力检测孔；所述 差压传感器根据检测到的压差信号生成指令以驱动位移机构带动所述多孔总压方向受感 器移动。
4. 根据权利要求3所述的用于流场的气流方向角度测量方法，其特征在于， 所述差压传感器判断所述差压信号是否大于设定阈值以生成指令驱动所述位移机构 带动所述多孔总压方向受感器移动，当所述差压信号小于或者等于所述设定阈值，则判定 所述多孔总压方向受感器对准所述流场的气流方向。
5. 根据权利要求3所述的用于流场的气流方向角度测量方法，其特征在于， 所述位移机构为三向位移机构，包括驱动所述多孔总压方向受感器沿风洞的轴向移动 的第一驱动轴和驱动所述多孔总压方向受感器沿所述风洞的纵向位移的第二驱动轴，所述 第一驱动轴和所述第二驱动轴均设有检测位移角度的角度测量仪。
6. 根据权利要求2所述的用于流场的气流方向角度测量方法，其特征在于， 所述多孔总压方向受感器为三孔总压方向受感器或者五孔总压方向受感器。
7. 根据权利要求2所述的用于流场的气流方向角度测量方法，其特征在于， 所述流场为用于检测航空发动机部件的流场。
【文档编号】G01P13/02GK104090125SQ201410330977
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】刘宏博, 刘龙初, 刘臣勇 申请人:中国航空动力机械研究所