超聲速發動機羽流場的壓力和溫度測試系統的製作方法
2023-06-12 17:37:31 2
專利名稱：超聲速發動機羽流場的壓力和溫度測試系統的製作方法
技術領域：
本發明專利屬於測量技術領域，具體來說，本發明主要涉及一種高效、快速測量超聲速發動機羽流場壓力和溫度的測試系統。
背景技術：
衛星推力器工作在高真空下，並噴射出羽流。羽流在衛星或衛星有效載荷目標上形成沉積，從而影響衛星的性能，稱之為羽流汙染。羽流汙染對其自身或鄰近的光學元件、 熱控塗層和太陽電池翼表面等敏感表面產生嚴重影響，使其性能退化，嚴重時會使某個系統或元件完全失效。由於發動機羽流為超聲速，其滯止溫度非常高，可達到幾百度，而壓力傳感器的穩定工作溫度為0°c 80°C，普通測試系統很難滿足測試要求，因此，羽流場動壓參數通常通過模擬計算的方法得出。測試發動機羽流動壓通常採用皮托管及壓力傳感器的方式，因此需要在測量羽流場動壓時，皮托管必須有很好的冷卻，且皮托管測壓會對羽流場產生一定的影響，也需要考慮皮托管的形狀、尺寸的設計。發動機羽流場參數測試時關心三維方向多點的特徵參數，採用多個測試單元會使測試成本激增。如何準確、有效又能節省經費完成羽流場三維參數測試就成為急需解決的問題。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供了一種成本低、效率高的測試系統，以快速便捷地完成羽流場三維特徵參數的測試。本發明的技術解決方案如下超聲速發動機羽流場壓力和溫度的測試系統，包括皮託壓力測試單元、熱電偶溫度測試單元及三維電控平移臺。三維電控平移臺包括徑向平移模塊，其上設置軸向平移模塊，軸向平移模塊上設置高度移動模塊及安裝在高度移動模塊上的測試單元安裝臺，測試單元安裝臺上設置有壓力測試單元及溫度測試單元，其中皮託壓力測試單元包括水冷錐形壓力探頭及壓力傳感器，水冷錐形壓力探頭包括水平的長徑外管，水平的長徑外管前端部分上垂直設置有進水管以及其後端設置出水管， 出水管上端部分也垂直於長徑外管，並彎折90度後再向下垂直設置，水平的長徑外管最前端具有錐形探頭，錐形探頭頂部開有採樣口，採樣口通過長徑外管內部中央的採樣管與壓力傳感器相連，壓力傳感器的感應面須與採樣管相對應，壓力傳感器與採樣管之間密封，並通過電纜線與信號放大器及信號採集系統依次連接；溫度測試單元包括熱偶探頭及熱偶線，熱偶探頭通過熱偶線與信號採集系統連接，除熱偶探頭外，熱偶線全部套有絕緣耐熱的陶瓷管。其中，錐形壓力探頭設置有冷卻其溫度的循環水系統。本發明的測試系統具有很高的響應速率，可以方便快速得到羽流的壓力、溫度分布情況，大幅減少測試時間，壓力測試單元頭部為錐形，加少了測量過程中對羽流場的擾動。
圖1顯示了發動機羽流皮託壓力測試單元結構示意圖。其中，11-進水管，12-長徑外管，13-錐形壓力探頭，14-採樣口，15-採樣管， 16-出水管，17-壓力傳感器，18-電纜線，19-信號放大器，110-信號採集系統。圖2是發動機羽流溫度測試單元結構示意圖。其中，21-熱偶探頭，22-熱偶線，23-陶瓷管，24-信號採集系統。圖3是三維電控平移臺結構示意圖。其中，31-徑向移動模塊，32-軸向移動模塊，33-高度移動模塊，34-測試單元安裝臺。
具體實施例方式本發明的超聲速發動機羽流場壓力和溫度的測試系統，包括包括皮託壓力測試單元、熱電偶溫度測試單元及三維電控平移臺。三維電控平移臺包括徑向平移模塊，其上設置軸向平移模塊，軸向平移模塊上設置高度移動模塊及安裝在高度移動模塊上的測試單元安裝臺，測試單元安裝臺上設置有壓力測試單元及溫度測試單元，其中圖1顯示了發動機羽流皮託壓力測試單元結構，圖2示意了本發明的羽流場壓力和溫度的測試系統的溫度測試單元結構，圖3顯示了三維電控平移臺結構。其中，本發明測試系統中壓力測試單元包括水冷錐形壓力探頭結構及壓力傳感器17，水冷錐形壓力探頭結構包括水平的長徑外管12，長徑外管12上有前端部分上垂直設置有進水管11及其後端部分設置有出水管16，出水管16 上端部分也垂直於長徑外管12，並彎折90度後再向下垂直設置，水平的長徑外管12最前端具有錐形壓力探頭13，錐形壓力探頭13頂部開有採樣口 14，採樣口 14通過長徑外管12內部中央的採樣管15與壓力傳感器17相連，壓力傳感器17的感應面須與採樣管15相對應， 壓力傳感器17與採樣管15之間密封，並通過電纜線18與信號放大器19及信號採集系統 110依次連接；測試時，羽流通過採樣口 14和採樣管15作用於壓力傳感器17上，壓力傳感器17把感應到的壓力信號轉換為電壓信號，通過電纜線18連接至信號放大器19及信號採集系統110。通過預先標定好的壓力與傳感器輸出電壓信號的關係，得到實際測試的壓力值。本方法使用的溫度測試單元如圖2所示，溫度測試單元包括熱偶探頭21及熱偶線 22，熱偶探頭21通過熱偶線22與信號採集系統M連接，除熱偶探頭21外，熱偶線22全部套絕緣、耐熱的陶瓷管23。測試時，羽流作用於熱偶探頭21上，熱偶探頭21把感應到的溫度信號轉換為電壓信號，通過熱偶線22連接至信號採集系統M。通過預先標定好的溫度與傳感器輸出電壓信號的關係，得到實際測試的溫度值。本方法使用的三維電控平移臺如圖3所示，三維電控平移臺包括徑向平移模塊 31，其上設置軸向平移模塊32，軸向平移模塊32上設置高度移動模塊33及安裝在高度移動模塊上的測試單元安裝臺34，測試單元安裝臺上設置有壓力測試單元及溫度測試單元，徑向平移模塊31沿羽流徑向移動，範圍為0 400mm，徑向平移臺31底部開有兩排間距50mm、 直徑7mm的通孔，用於固定平移臺；軸向平移模塊32沿羽流軸向移動，範圍為0 400mm ； 高度移動模塊33調整測試單元的高度，範圍為0 40mm ；測試單元安裝平臺34，用以固定壓力測試單元及溫度測試單元。為便於調整測試單元與發動機噴口的位置，將壓力測試單元及溫度測試單元固定於三維電控平移臺的測試單元安裝平臺34上，通過傳動裝置改變測試單元的位置，可以快速得到不同位置羽流壓力、溫度特性參數。測試時，首先調整測試單元與發動機噴口的位置，使其軸線在同一直線上，記錄下位置，然後通過三維電控平移臺3把測試單元從噴口處移開，發動機羽流穩定後，通過三維電控平移臺3將測試單元將測試單元移動到預先記錄的位置，進行微調，測試到最大信號， 根據傳感器響應信號與實際壓力、溫度的換算關係，得出發動機羽流中心壓力、溫度數值。 通過傳動裝置把測試單元沿發動機羽流軸線方向測試，此過程測試單元實時測試，得到發動機羽流壓力、溫度軸向分布情況。通過傳動裝置使測試系統沿垂直於發動機羽流軸線方向測試，此過程測試單元實時測試，得到發動機羽流壓力、溫度徑向分布情況。儘管上文對本發明的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是， 我們可以依據本發明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.超聲速發動機羽流場壓力和溫度的測試系統，包括皮託壓力測試單元、熱電偶溫度測試單元及三維電控平移臺。三維電控平移臺包括徑向平移模塊，其上設置軸向平移模塊， 軸向平移模塊上設置高度移動模塊及安裝在高度移動模塊上的測試單元安裝臺，測試單元安裝臺上設置有壓力測試單元及溫度測試單元，其特徵在於皮託壓力測試單元包括水冷錐形壓力探頭及壓力傳感器，水冷錐形壓力探頭包括水平的長徑外管，水平的長徑外管前端部分上垂直設置有進水管以及其後端設置出水管，出水管上端部分也垂直於長徑外管，並彎折90度後再向下垂直設置，水平的長徑外管最前端具有錐形探頭，錐形探頭頂部開有採樣口，採樣口通過長徑外管內部中央的採樣管與壓力傳感器相連，壓力傳感器的感應面須與採樣管相對應，壓力傳感器與採樣管之間密封，並通過電纜線與信號放大器及信號採集系統依次連接；溫度測試單元包括熱偶探頭及熱偶線，熱偶探頭通過熱偶線與信號採集系統連接，除熱偶探頭外，熱偶線全部套有絕緣耐熱的陶瓷管。
2.如權利要求1所述的測試系統，其特徵在於，錐形壓力探頭設置有冷卻其溫度的循環水系統。
全文摘要
本發明公開了一種超聲速發動機羽流場壓力和溫度的測試系統，包括皮託壓力測試單元、熱電偶溫度測試單元及三維電控平移臺。本發明的測試系統具有很高的響應速率，可以方便快速得到羽流的壓力、溫度分布情況，大幅減少測試時間，壓力測試單元頭部為錐形，加少了測量過程中對羽流場的擾動。
文檔編號G01L9/00GK102455231SQ20101051778
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者於錢, 孫威, 孟顯, 易忠, 楊東升, 焦子龍, 田東波, 臧衛國, 院小雪 申請人:北京衛星環境工程研究所