本發(fā)明涉及一種用于消減探針支桿繞流尾跡的罩型薄板結(jié)構(gòu)，屬于流體動力探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在流體機(jī)械工程領(lǐng)域，各種復(fù)雜的流動現(xiàn)象為流體試驗(yàn)增加了難度，為了在各類流體試驗(yàn)中便捷精確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，各類穩(wěn)態(tài)測試探針是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集工具的首選。穩(wěn)態(tài)測試探針通過與其實(shí)驗(yàn)環(huán)境相匹配的探針支桿固定，結(jié)構(gòu)簡單且技術(shù)成熟，是氣動測試中最常用的試驗(yàn)工具。但是探針及其支桿進(jìn)入到流場中，支桿尾跡不可避免地對下游流場造成不良影響，這種不良影響尤其體現(xiàn)在多級結(jié)構(gòu)的葉輪機(jī)械中。在葉輪機(jī)械測試中，為了削弱這種影響，國內(nèi)外研究者提出了支桿型面采用流線型設(shè)計(jì)、靜子上采用葉型探針等設(shè)計(jì)方法。然而，流線型設(shè)計(jì)會使探針支桿長度增加，不易安裝；進(jìn)口無導(dǎo)葉時葉型探針則無法使用。因此，帶圓柱型支桿的穩(wěn)態(tài)測試探針仍然是葉輪機(jī)械性能測試所采用的主要測試工具。

針對探針支桿繞流尾跡對下游流場的不良影響，國內(nèi)外研究者做了很多數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，插入探針支桿后的流場在近探針支桿處的靜壓分布、軸向流速均有明顯改變。當(dāng)探針支桿安裝位置接近靜子葉片時，靜子葉片的尾跡由于速度較低而對下游轉(zhuǎn)子造成影響，而支桿尾跡造成的影響可能更為嚴(yán)峻，降低了葉輪機(jī)械的整體測試精度與實(shí)驗(yàn)可信度。探針支桿的繞流尾跡問題已經(jīng)成為葉輪機(jī)械測試中的一個重要難題。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種用于消減探針支桿繞流尾跡的罩型薄板結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、成本較低等特點(diǎn)，能夠有效降低探針支桿繞流尾跡對下游流場造成的不良影響，從而提高探針在流體動力試驗(yàn)中的測試精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于消減探針支桿繞流尾跡的罩型薄板結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、成本較低等特點(diǎn)，能夠有效消減探針支桿繞流尾跡對下游流場造成的不良影響，從而提高探針在流體動力試驗(yàn)中的測試精度。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種用于消減探針支桿繞流尾跡的罩型薄板結(jié)構(gòu)，包括呈圓柱狀的探針支桿，探針支桿周向兩側(cè)相對設(shè)置有兩個薄弧面板，且兩個薄弧面板關(guān)于探針支桿平行于來流方向的直徑對稱；兩個薄弧面板的厚度均勻一致，兩個薄弧面板的內(nèi)、外弧面均與探針支桿的中心軸線平行；沿探針支桿的半徑方向，兩個薄弧面板的內(nèi)弧面與探針支桿圓柱面的距離從兩個薄弧面板的前緣端向尾緣端逐漸減?。粌蓚€薄弧面板的前緣端與探針支桿中心的連線構(gòu)成的夾角為兩個薄弧面板的前緣開度，兩個薄弧面板的尾緣端與探針支桿中心的連線構(gòu)成的夾角為兩個薄弧面板的尾緣開度。本發(fā)明中，厚度在探針支桿半徑的1％–30％內(nèi)的弧面板為薄弧面板。

該結(jié)構(gòu)通過在探針支桿周向兩側(cè)近支桿圓柱面處對稱設(shè)置兩個厚度均勻的薄弧面板，使探針支桿周圍的繞流流體分流為內(nèi)流與外流，并使薄弧面板的內(nèi)弧面與支桿圓柱面形成漸縮通道，從而使內(nèi)流流體穩(wěn)定通過支桿兩側(cè)，并逐漸加速到達(dá)支桿尾緣處，從支桿尾緣與薄板尾緣形成的射流縫隙中噴出。噴出的射流流體可以有效地抑制支桿后部圓柱面的附面層分離；同時，由薄板外壁面附面層分離產(chǎn)生的脫落渦被內(nèi)流射流流體裹挾、抵消，產(chǎn)生的尾跡明顯減小。此外，射流流體對支桿后方低能流體的吹除作用，加快了尾跡中渦的耗散。綜合以上作用機(jī)理，本發(fā)明能夠使支桿圓柱繞流尾跡中的渦流強(qiáng)度減小，繞流尾跡的影響范圍收縮，達(dá)到消減支桿繞流尾跡及消減圓柱渦激振動的目的。

優(yōu)選的，為確保有足夠的射流流量，沿探針支桿的半徑方向兩個薄弧面板的尾緣端與探針支桿圓柱面的距離為探針支桿半徑的5％-10％；為確保流體加速充分，板前緣距支桿柱面的距離通常為板尾緣距支桿柱面距離的2-5倍，因此，沿探針支桿的半徑方向兩個薄弧面板的前緣端與探針支桿圓柱面的距離為探針支桿半徑的10％-50％。

優(yōu)選的，兩個薄弧面板的前緣開度為40-80度，尾緣開度為50-80度。

優(yōu)選的，兩個薄弧面板可以通過鉚釘或焊接的方式安裝在探針支桿上，也可以安裝在探針支桿的支撐體上，從而形成套筒狀保護(hù)探針支桿。前者裝配簡單且固定平穩(wěn)，后者便于更換探針支桿。

優(yōu)選的，當(dāng)薄弧面板的厚度小于1mm時，考慮其加工難度，兩個薄弧面板的前緣端和尾緣端可不進(jìn)行倒圓角處理。但薄弧面板的厚度超過1mm時，兩個薄弧面板的前緣端和尾緣端均進(jìn)行倒圓角處理。

優(yōu)選的，為了在支桿軸向上完全覆蓋支桿，兩個薄弧面板沿探針支桿軸向的長度不小于需消減繞流尾跡的探針支桿軸向長度。

優(yōu)選的，為了不過多增加探針支桿在測量流場中的流向長度，沿來流方向兩個薄弧面板的尾緣端不超過探針支桿的尾緣端。

有益效果：本發(fā)明提供的一種用于消減探針支桿繞流尾跡的罩型薄板結(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單且便于安裝，成本較低，占用空間較小，且適用于多種流體測試環(huán)境；2、加罩型薄板的繞流尾跡較無控制措施的探針支桿繞流尾跡大幅削弱，進(jìn)一步消減了支桿對下游流場的不利影映，同時還可以達(dá)到消減圓柱渦激振動的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種用于消減探針支桿繞流尾跡的罩型薄板結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明一種用于消減探針支桿繞流尾跡的罩型薄板結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖中包括：1、探針支桿，2、薄弧面板，3、鉚釘，4、前緣開度，5、尾緣開度。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1所示為一種用于消減探針支桿繞流尾跡的罩型薄板結(jié)構(gòu)，包括呈圓柱狀的探針支桿1，探針支桿1周向兩側(cè)相對設(shè)置有兩個薄弧面板2，兩個薄弧面板2關(guān)于探針支桿1平行于來流方向的直徑對稱；兩個薄弧面板2的厚度均勻一致，兩個薄弧面板2的內(nèi)、外弧面均與探針支桿1的中心軸線平行；沿探針支桿1的半徑方向，兩個薄弧面板2的內(nèi)弧面與探針支桿1圓柱面的距離從兩個薄弧面板2的前緣端向尾緣端逐漸收縮；兩個薄弧面板2的前緣端與探針支桿1中心的連線構(gòu)成的夾角為兩個薄弧面板2的前緣開度4，兩個薄弧面板2的尾緣端與探針支桿1中心的連線構(gòu)成的夾角為兩個薄弧面板2的尾緣開度5。

本實(shí)施例中，探針支桿1的半徑為5mm，軸向長度為50mm；薄弧面板2的厚度均為1mm，兩個薄弧面板2為橢圓柱面的組成部分。

本實(shí)施例中，沿探針支桿1的半徑方向，兩個薄弧面板2的尾緣端與探針支桿1圓柱面的距離為0.5mm；沿探針支桿1的半徑方向，兩個薄弧面板2的前緣端與探針支桿1圓柱面的距離為1.63mm。

本實(shí)施例中，兩個薄弧面板2的前緣開度4為49.84度，尾緣開度5為70.64度。

本實(shí)施例中，兩個薄弧面板2各自由上中下三排鉚釘3固定在探針支桿1上，鉚釘3分別位于探針支桿1軸長0.5、25、49.5mm處；鉚釘3半徑為0.5mm，鉚釘3固定于探針支桿1垂直于來流方向的直徑所在柱面上。

本實(shí)施例中，兩個薄弧面板2沿探針支桿1軸向的長度為50mm，兩個薄弧面板2的流向弦長為11.58mm，且沿來流方向兩個薄弧面板2的尾緣端不超過探針支桿1的尾緣端。

本實(shí)施例中，探針支桿1為布置在航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)口處的穩(wěn)態(tài)壓力測試探針支桿1且距離葉片前緣0.5-1.5倍葉片軸向弦長。

本發(fā)明中，所述薄弧面板2的厚度在探針支桿1半徑的1％–30％內(nèi)。

本發(fā)明通過在探針支桿1兩側(cè)安裝罩型薄板結(jié)構(gòu)，分流圓柱繞流流體，使薄板內(nèi)壁面與支桿壁面形成漸縮流道，使內(nèi)流流體穩(wěn)定通過支桿兩側(cè)，并逐漸加速到達(dá)支桿尾緣處，由支桿尾緣與薄板形成的射流縫隙中噴出，吹除支桿后方的低能流體并對分離渦產(chǎn)生裹挾作用，有效地減小了探針支桿1繞流尾跡。

本發(fā)明中，所述穩(wěn)態(tài)測試探針包括壓力穩(wěn)態(tài)測試探針及溫度穩(wěn)態(tài)測試探針；所述流體工質(zhì)為氣體、液體或多相流體。

在保證薄板強(qiáng)度前提下，板厚度盡量薄，減少板本身的厚度對流場產(chǎn)生的堵塞影響。當(dāng)薄弧面板2的厚度超過1mm時，兩個薄弧面板2的前緣端和尾緣端均進(jìn)行倒圓角處理。

本發(fā)明中兩個薄弧面板2的內(nèi)、外壁面均為光滑弧面，保證內(nèi)流穩(wěn)定通過收縮流道；兩個薄弧面板2一般選用金屬材料，以保證強(qiáng)度為前提使弧面板盡量輕??；所述薄板弧面可為軸向上與支桿中軸距離一定，周向上與支桿中軸距離變化的柱面，其基線可選用橢圓弧、橢圓與圓弧的復(fù)合曲線、拋物線及高階擬合曲線等。

本發(fā)明中兩個薄弧面板2的安裝方式及安裝位置由被測試的葉輪機(jī)械測試要求決定。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。