本發(fā)明涉及總溫測(cè)試，具體涉及一種基于雙細(xì)絲熱電偶的高精度總溫探針，適用于在高亞音速工況下，利用雙絲熱電偶對(duì)導(dǎo)熱誤差進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)總溫的高精度測(cè)量。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)扇/壓氣機(jī)組成的壓縮系統(tǒng)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)三大部件之一，其效率的高低將直接決定航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。風(fēng)扇/壓氣機(jī)的效率是一個(gè)間接測(cè)量量，溫升效率是用來計(jì)算其效率最常用的方法之一，尤其是對(duì)于壓氣機(jī)的單級(jí)效率，只能采用溫升法進(jìn)行測(cè)量。因此，準(zhǔn)確測(cè)定壓縮系統(tǒng)進(jìn)出口截面的溫升，是研制高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)支撐。溫升法測(cè)量壓氣機(jī)效率的計(jì)算公式如下：

2、

3、其中ηc表示壓氣機(jī)效率，tt1和tt2分別表示壓氣機(jī)進(jìn)、出口總溫，πc表示壓氣機(jī)總壓比，k表示比熱比。對(duì)于溫升法測(cè)量效率而言，進(jìn)出口溫升越小，精確測(cè)量效率的難度越大，其主要原因在于進(jìn)出口溫升相對(duì)測(cè)量誤差較大。

4、熱電偶在測(cè)量溫度時(shí)，與穩(wěn)態(tài)條件下氣體實(shí)際溫度之間的差異主要源于以下三種誤差：速度誤差、導(dǎo)熱誤差和輻射誤差。在低于800k的溫度范圍內(nèi)，輻射誤差可以忽略不計(jì)。

5、速度誤差可以通過實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)，利用恢復(fù)系數(shù)進(jìn)行校正。然而，導(dǎo)熱誤差依然是航空航天與能源領(lǐng)域中的技術(shù)難題，尚未得到有效解決。

6、目前通常采用傳統(tǒng)的正對(duì)來流的熱電偶以及鉑電阻總溫探針進(jìn)行壓氣機(jī)流場(chǎng)總溫測(cè)量，其主要存在五個(gè)方面的缺陷：其一，熱電偶傳感器導(dǎo)熱誤差較大；其二：傳統(tǒng)的導(dǎo)熱誤差修正方法基于雙曲余弦函數(shù)的假設(shè)，這一假設(shè)在實(shí)際應(yīng)用中往往過于簡(jiǎn)化，導(dǎo)致修正后的溫度測(cè)量結(jié)果與實(shí)際溫度存在較大偏差，特別是在需要高精度測(cè)量的場(chǎng)合；其三，傳統(tǒng)的導(dǎo)熱誤差修正方法依賴于熱電偶根部溫度的準(zhǔn)確測(cè)量，然而，單絲熱電偶由于結(jié)構(gòu)限制，無法直接提供這一關(guān)鍵溫度數(shù)據(jù)，從而在修正導(dǎo)熱誤差時(shí)引入了較大誤差，無法滿足高精度測(cè)量的要求；其四，傳統(tǒng)的總溫探針熱電偶偶絲布局與來流方向平行，這種布局在低速或亞音速條件下可以提供較為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。然而，在高速或超音速條件下，由于氣流的高速?zèng)_擊，熱電偶偶絲容易被吹彎，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真，無法滿足高精度測(cè)量的要求。其五，傳統(tǒng)的總溫探針在低頻溫度波動(dòng)條件下，由于熱節(jié)點(diǎn)與根部之間的溫度差異較大，導(dǎo)致熱電偶的測(cè)量結(jié)果存在顯著的導(dǎo)熱誤差。這一誤差在傳統(tǒng)的修正方法中無法得到有效解決，影響了溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

7、因此，急需發(fā)展一種能夠在壓氣機(jī)性能測(cè)試中進(jìn)行總溫高精度測(cè)量的總溫探針。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一種基于雙熱電偶的自修正總溫探針，探針整體采用“l(fā)”型設(shè)計(jì)，受感部基于細(xì)絲熱電偶溫度傳感器，兩根熱電偶頭部裸露偶絲平行放置，拉緊且呈“一”型，以解決壓氣機(jī)性能測(cè)試中總溫測(cè)量精度不足的問題。本發(fā)明提出了一種新的導(dǎo)熱誤差修正方法，該方法不依賴于熱電偶根部溫度的測(cè)量。通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(cfd)模擬，本發(fā)明能夠直接從熱電偶的測(cè)量數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息，從而精確地修正導(dǎo)熱誤差。

2、雙熱電偶的自修正總溫探針由探針支桿和滯止罩組成，探針支桿采用內(nèi)部空心的圓柱型設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅減小了流體動(dòng)力學(xué)阻塞，還便于絕緣導(dǎo)線的布置和固定?？招慕Y(jié)構(gòu)允許導(dǎo)線通過，同時(shí)保持探針的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。滯止罩采用采用高溫塑料制成，通過兩個(gè)直徑不同的圓柱體結(jié)構(gòu)以及在交界處采用雙扭線形式的過渡，有效地減小了流體動(dòng)力學(xué)損失，并確保了流體在探針前端形成理想的滯止?fàn)顟B(tài)。極大的減小了速度誤差，提高了溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在距離滯止罩入口處1mm的位置，開設(shè)兩個(gè)方孔，用于精確確定雙絲熱電偶的位置。此外，在滯止罩壁上開設(shè)兩個(gè)圓柱孔，用于引導(dǎo)熱電偶的導(dǎo)線，確保導(dǎo)線的順暢通過和固定。雙絲熱電偶采用50微米和75微米的細(xì)導(dǎo)線，為了避免裸導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線和鋼桿之間的電接觸，細(xì)導(dǎo)線與較粗的絕緣導(dǎo)線通過焊接連接。在雙絲熱電偶中，由于直徑較大的熱電偶導(dǎo)熱誤差更高，因此測(cè)得的溫度t1大于t2。這種差異反映了熱電偶直徑對(duì)測(cè)量精度的影響。在雙絲熱電偶中，測(cè)量了兩個(gè)不同的溫度：t1和t2。通過理論分析，確定了兩個(gè)熱電偶測(cè)溫與實(shí)際來流溫度之間的關(guān)系式如下：

3、

4、通過風(fēng)洞校準(zhǔn)，獲取不同來流溫度下的t1，t2值。利用這些數(shù)據(jù)，通過線性回歸分析確定參數(shù)b，該參數(shù)反映了兩個(gè)熱電偶之間的線性關(guān)系?；诖_定的參數(shù)b，可以精確推算出流體的總溫。

5、本發(fā)明提供了一種組合絲徑熱電偶總溫探針，要解決的技術(shù)問題是：第一，解決了現(xiàn)有熱電偶溫度傳感器總溫探針自身精度較差的問題。第二，解決了現(xiàn)有熱電偶總溫探針測(cè)量時(shí)需要提供熱電偶根部溫度才可修正導(dǎo)熱誤差的問題。第三，解決了現(xiàn)有組合絲徑熱電偶雙偶之間間距過大導(dǎo)致空間分辨率較低的問題。第四，解決了現(xiàn)有組合絲徑熱電偶總溫探針布局不合理，滯止罩通道內(nèi)部氣流能力損失大的問題。第五，解決了原有“l(fā)”型總溫探針?biāo)俣日`差、導(dǎo)熱誤差較大，測(cè)量精度低的問題。

6、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

7、1、一種組合絲徑熱電偶總溫探針，由滯止罩(1)、探針支桿(2)、進(jìn)氣段(3)、收縮段(4)、方型通孔(5)、熱電偶偶絲(6)、偶絲引線管道(7)，出氣段(8)、探針后蓋(9)組成，其特征在于：滯止罩(1)由圓柱體與快速收斂曲線旋轉(zhuǎn)體組合而成，滯止罩頭部(1)進(jìn)行45°倒角、方型孔(5)內(nèi)側(cè)開有兩個(gè)偶絲引線管道(7)，兩根熱電偶偶絲(6)平行放置，拉緊且呈“一”型并穿過偶絲引線管道(7)；探針支桿(2)背對(duì)主流測(cè)開有一探針后蓋(9)，探針支桿(2)背向主流側(cè)伸出引線管道(7)并焊接在絕緣導(dǎo)線上。

8、2、滯止罩(1)材料為聚碳酸酯，由進(jìn)氣段(3)和出氣段(8)兩個(gè)直徑不同的圓柱段組成，不同直徑間的圓柱通過收縮段(4)連接，進(jìn)氣段(3)圓柱內(nèi)徑為2～8毫米，外徑為3～12毫米,長(zhǎng)度為7～36毫米，收縮段(4)子午面型線為雙紐線或30～60°圓弧線，長(zhǎng)度為1.5～8毫米，出氣段(8)圓柱內(nèi)徑為1～4毫米，外徑為2～8毫米，長(zhǎng)度為3～9毫米。

9、3、滯止罩(1)圓柱體側(cè)邊對(duì)稱開有兩個(gè)邊長(zhǎng)為1～4毫米的方型通孔(3)，方型通孔前端距離滯止罩入口處1～4毫米，分別在兩個(gè)方型通孔后端，沿主流方向開兩個(gè)圓柱型偶絲引線管道(7)引出熱電偶偶絲，管道直徑為0.2～1毫米，管道距離圓柱中垂面的距離為0.2～1毫米。

10、4、兩根熱電偶偶絲(6)為k型熱電偶，偶絲直徑分別為50微米和75微米，平行放置，拉緊且呈“一”型，熱電偶測(cè)量接點(diǎn)位于中央，兩個(gè)測(cè)量接點(diǎn)圓心間的距離為0.4毫米～1.6毫米，偶絲通過絕熱粘結(jié)材料固定在偶絲引線管道(7)內(nèi)。

11、5、探針支桿(2)長(zhǎng)度為10～110毫米圓柱管，材料為聚碳酸酯，圓柱管內(nèi)徑為4～12毫米，外徑為6～18毫米。背對(duì)噴管的圓柱側(cè)面開有探針后蓋(12)，其橫截面為扇環(huán)，扇環(huán)圓心角為60°至150°，后蓋的長(zhǎng)為2毫米至15毫米，后蓋沿圓柱軸向頂端距支桿(2)頂端為3毫米至8毫米。

12、本發(fā)明一種高頻動(dòng)態(tài)三維全參數(shù)熱線式探針，具有以下有益效果：

13、有益效果一：本發(fā)明利用cfd模擬技術(shù)，在已知來流條件的基礎(chǔ)上，通過改變滯止罩溫度來模擬不同工況下的熱電偶測(cè)量溫度。通過線性回歸分析，確定了兩個(gè)熱電偶之間的線性關(guān)系參數(shù)，通過利用兩個(gè)熱電偶之間的線性關(guān)系，本發(fā)明能夠在無需提前預(yù)測(cè)熱電偶根部溫度的情況下，修正導(dǎo)熱誤差。這一創(chuàng)新方法大大簡(jiǎn)化了修正流程，提高了總溫探針的測(cè)量精度。

14、有益效果二：本發(fā)明使用的熱電偶直徑小，能夠極大的減小熱電偶和滯止罩之間的熱傳導(dǎo)，同時(shí)，本發(fā)明通過將雙絲熱電偶的測(cè)量接點(diǎn)間距設(shè)計(jì)得非常小，實(shí)現(xiàn)了極高的空間分辨率。這種設(shè)計(jì)使得探針能夠捕捉到更細(xì)微的溫度變化，適用于對(duì)溫度分布要求極高的應(yīng)用。

15、有益效果三：本發(fā)明的探針滯止罩采用隔熱材料，減少了滯止罩與探針支桿之間的熱交換，從而降低了因熱傳導(dǎo)引起的導(dǎo)熱誤差。

16、有益效果四：，熱電偶偶絲通過偶絲支桿固定、拉直，呈“—”型，熱電偶測(cè)溫接點(diǎn)位于中央，在正對(duì)氣流方向，裸露偶絲與偶絲支桿呈“п”字型。該支撐結(jié)構(gòu)可以保證熱電偶偶絲的強(qiáng)度，在流場(chǎng)中不易吹彎或者斷裂。

17、有益效果五：本發(fā)明滯止罩內(nèi)兩個(gè)直徑不同的圓柱體結(jié)構(gòu)以及在交界處采用雙扭線形式的過渡，有效地減小了流體動(dòng)力學(xué)損失，并確保了流體在探針前端形成理想的滯止?fàn)顟B(tài)。極大的減小了速度誤差。