一种对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法

摘要

本发明公开了一种对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法。所述对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法包括以下步骤：步骤1：试验前对温度探针进行现场校准；步骤2：试验过程中进行气液分离测试；步骤3：将气液分离测试数据进行数据还原。本申请的对混有液体的气流场气体进行温度测试方法具有如下显著的优点：1.实现了现场温度校准。2.测试方法实现了气液分离。3.扩大测试截面范围。4.降低温度探针成本且加工制造效率高。

权利要求

1.一种对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法，其特征在于，所述对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法包括以下步骤：步骤1：试验前对温度探针进行现场校准；

步骤2：试验过程中进行气液分离测试；

步骤3：将气液分离测试数据进行数据还原；

所述步骤1中的现场校准具体为：

步骤11：在未喷液体的情况下，于被测截面的温度范围内选取温度梯度点；

步骤12：当截面温度探针数量为偶数且为6个及以上时，被测截面温度探针按角向等间隔选择一半数量温度探针使其方向背对气流，背对气流的温度探针为A，选取正对气流的温度探针为B，将温度梯度点设置为B测点平均温度的目标值，进行进气加温试验，记录在B达到预设目标值时A的测点平均温度；其次将被测截面温度探针全部正对气流装配，将温度梯度点设置为B测点平均温度的目标值，进行进气加温试验，记录在B达到预设目标值时A的测点平均温度；

步骤13：当截面温度探针数量为奇数或4个及以下时，选取一临近截面作为指示截面，设置在该临近截面M的温度探针记为M，设置在被测截面的温度探针记为N，首先将N背对气流装配，M正对气流装配，采用M总温数据平均值为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值；继而再将N正对气流装配，M正对气流装配，采用M总温数据为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值；

步骤14：当截面温度探针数量为偶数且为6个及以上时，利用所述步骤12中的数据建立拟合公式；

步骤15：当截面温度探针数量为奇数或4个及以下时，利用所述步骤13中的数据建立拟合公式；

所述步骤2具体为：将探针旋转至测头背对气流方向进行测试，并获得试验背对气流的数据。

2.如权利要求1所述的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法，其特征在于，将所述试验背对气流的数据带入所述拟合公式计算，得到被测截面的混有液体的气流场气体的温度。

3.如权利要求2所述的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法，其特征在于，所述气流场中所混有的液体为水、乙醇、水蒸气中的一种。

4.如权利要求3所述的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法，其特征在于，所述气流场的流场喷射液体量最大为3kg/s，流场最高温度300℃。

5.如权利要求4所述的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法，其特征在于，所述温度探针为非通透式带罩温度探针。

说明书

一种对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航空发动机温度场测试技术领域，特别是涉及一种对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法。

背景技术

[0002] 传统航空发动机温度场测试方法是多点带罩热电偶探针测头正对气流测试。在部分航空发动机试验中，试验流道内需要混入液体。因被测介质中混有液体，所以传统的温度探针正对气流测试方法面临以下问题：液体附着于测头表面，造成测头与壳体之间短路，进而影响测试电路，这种影响是显著而致命的；过量的液体积聚形成液膜，包覆在测头表面，将被测气流与测头隔离，导致测头感知的温度为液膜温度，而非气体的温度。最终，获取的有误温度数据将导致测试结果的精度难以判定，甚至导致对发动机性能结果的失效判定。

[0003] 现有技术是利用一种特制的防水温度探针进行该情况下的温度测试，但只能用在航空发动机尾喷口截面。特种防水温度探针的防水结构复杂，需要焊接的位置非常多，而焊接位置的强度往往较薄弱，且受施工影响无法准确计算强度，故不能在有风险的截面采用，例如发动机进口前的截面。

[0004] 所以急需设计一种测试方法，能够在更大范围截面内，于混有液体的气流场中实现气液分离，获取流场中气体的温度。

[0005] 因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法，所述对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法包括以下步骤：

[0008] 步骤1：试验前对温度探针进行现场校准；

[0009] 步骤2：试验过程中进行气液分离测试；

[0010] 步骤3：将气液分离测试数据进行数据还原。

[0011] 优选地，所述步骤1中的现场校准具体为：

[0012] 步骤11：在未喷液体的情况下，于被测截面的温度范围内选取温度梯度点；

[0013] 步骤12：当截面温度探针数量为偶数且为6个及以上时，被测截面温度探针按角向等间隔选择一半数量温度探针使其方向背对气流，背对气流的温度探针为A，选取正对气流的温度探针为B，将温度梯度点设置为B测点平均温度的目标值，进行进气加温试验，记录在B达到预设目标值时A的测点平均温度；其次将被测截面温度探针全部正对气流装配，将温度梯度点设置为B测点平均温度的目标值，进行进气加温试验，记录在B达到预设目标值时A的测点平均温度；

[0014] 步骤13：当截面温度探针数量为奇数或4个及以下时，选取一临近截面作为指示截面，设置在该临近截面M的温度探针记为M，设置在被测截面的温度探针记为N，首先将N背对气流装配，M正对气流装配，采用M总温数据平均值为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值；继而再将N正对气流装配，M正对气流装配，采用M总温数据为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值；

[0015] 步骤14：当截面温度探针数量为偶数且为6个及以上时，利用所述步骤12中的数据建立拟合公式；

[0016] 步骤15：当截面温度探针数量为奇数或4个及以下时，利用所述步骤13中的数据建立拟合公式。

[0017] 优选地，所述步骤2具体为：将探针旋转至测头背对气流方向进行测试，并获得试验背对气流的数据。

[0018] 优选地，将所述试验背对气流的数据带入所述拟合公式计算，得到被测截面的混有液体的气流场气体的温度。

[0019] 优选地，所述气流场中所混有的液体为水、乙醇、水蒸气中的一种。

[0020] 优选地，所述气流场的流场喷射液体量最大为3kg/s，流场最高温度300℃。

[0021] 优选地，所述温度探针为非通透式带罩温度探针。

[0022] 本申请的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法具有如下显著的优点：

[0023] 1.实现了现场温度校准。对于混有液体的流场气体温度测试，受液体影响，难以预估目标被测截面流场的温度和马赫数，所以也就无法应用热风洞的校准数据。同时，在热风洞也难以模拟目标流场环境判断温度。本发明提出了直接基于所测试验环境的现场校准技术，避免了上述问题。同时，热风洞校准是温度探针基于温度点的校准，本发明方法校准用的拟合公式是依据正反向两条拟合曲线公式建立，不依赖于同一校准温度点。所以，正对气流和背对气流的校准温度点不必完全相同，该方法更适合工程实际应用。

[0024] 2.测试方法实现了气液分离。通过温度探针背对气流测试，成功将气体和液体分离。经过多次试验验证，数据稳定无异常。且根据发明方法的实质，本方法还可应用于气固分离，如粉尘与气体。

[0025] 3.扩大测试截面范围。相较于特种防水温度探针焊接位置多，应力集中点多。只能测试发动机尾喷口截面，发明采用常规结构的温度探针，可应用于更多截面，尤其是发动机进口前的截面。该结构经过多年试车试验，积累了足够的技术基础。

[0026] 4.降低温度探针成本且加工制造效率高。相较于防水温度探针，本测试方法使用常规温度探针，焊接结构少，明显降低了加工成本。常规温度探针工艺成熟，加工制造效率高。

附图说明

[0027] 图1是根据本发明一实施例的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法的流程示意图。

[0028] 图2是本发明第一实施例的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法的测试截面的结构示意图。

[0029] 图3是图2所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的分布示意图。

[0030] 图4是图2所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的线性拟合曲线图。

[0031] 图5是图2所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的二次多项式拟合曲线图。

[0032] 图6是本发明第二实施例的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法的测试截面的结构示意图。

[0033] 图7是图6所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的分布示意图。

[0034] 图8是图6所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的线性拟合曲线图。

[0035] 图9是图1所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中的非通透式带罩温度探针的结构示意图。

具体实施方式

[0036] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

[0037] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

[0038] 图1是根据本发明一实施例的对混有液体的气流场气体进行温度测试方的法的流程示意图。

[0039] 如图1所示的混有液体的气流场气体进行温度测试的方法包括以下步骤：

[0040] 步骤1：试验前对温度探针进行现场校准；

[0041] 步骤2：试验过程中进行气液分离测试；

[0042] 步骤3：将气液分离测试数据进行数据还原。

[0043] 在本实施例中，步骤1中的现场校准具体为：

[0044] 步骤11：在未喷液体的情况下，于被测截面的温度范围内选取温度梯度点；

[0045] 步骤12：当截面温度探针数量为偶数且为6个及以上时，被测截面温度探针按角向等间隔选择一半数量温度探针使其方向背对气流，背对气流的温度探针为A，选取正对气流的温度探针为B，将温度梯度点设置为B测点平均温度的目标值，进行进气加温试验，记录在B达到预设目标值时A的测点平均温度；其次将被测截面温度探针全部正对气流装配，将温度梯度点设置为B测点平均温度的目标值，进行进气加温试验，记录在B达到预设目标值时A的测点平均温度；

[0046] 步骤13：当截面温度探针数量为奇数或4个及以下时，选取一临近截面作为指示截面，设置在该临近截面M的温度探针记为M，设置在被测截面的温度探针记为N，首先将N背对气流装配，M正对气流装配，采用M总温数据平均值为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值；继而再将N正对气流装配，M正对气流装配，采用M总温数据为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值；

[0047] 步骤14：当截面温度探针数量为偶数且为6个及以上时，利用所述步骤2中的数据建立拟合公式；

[0048] 步骤15：当截面温度探针数量为奇数或4个及以下时，利用所述步骤13中的数据建立拟合公式。

[0049] 在本实施例中，步骤2具体为：将探针旋转至测头背对气流方向进行测试，并获得试验背对气流的数据。

[0050] 在本实施例中，将试验背对气流的数据带入拟合公式计算，得到被测截面的混有液体的气流场气体的温度。

[0051] 可以理解的是，气流场中所混有的液体可以是水、乙醇、水蒸气中的一种。

[0052] 有利的是，气流场的流场喷射液体量最大为3kg/s，流场最高温度300℃。

[0053] 有利的是，所述温度探针为非通透式带罩温度探针。

[0054] 实施例1：图1是根据本发明一实施例的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法的流程示意图。图2是本发明第一实施例的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法的测试截面的结构示意图。图3是图2所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的分布示意图。图4是图2所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的线性拟合曲线图。图5是图2所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的二次多项式拟合曲线图。

[0055] 对于被测截面的温度探针数量为偶数且为6个及以上(含6个)这一类。例如被测截面布置8个温度探针，被测温度区间60℃-140℃，测试截面如图2所示，被测截面的温度探针分布如图3所示，采用如下实施方式：

[0056] 步骤1：试验前对温度探针进行现场校准。具体地，步骤11：在未喷液体的情况下，于被测截面的温度范围内选取温度梯度点。因被测截面温度区间60℃-140℃，所以间隔20℃选取温度梯度点，分别是60℃、80℃、100℃、120℃、140℃。

[0057] 步骤12：在本实施例中，被测截面温度探针按角向等间隔选择一半数量温度探针使其方向背对气流，本例中，选取2、4、6、8号探针旋转使其背对气流，为叙述方便记这部分温度探针为A。选取1、3、5、7号探针温度探针正对气流记为B。将温度梯度点设置为B测点平均温度的目标值，进行进气加温试验，记录在B达到预设目标值时A的测点平均温度。

[0058] 第二阶段，将被测截面温度探针全部正对气流装配，将温度梯度点设置为B测点平均温度的目标值，进行进气加温试验，记录在B达到预设目标值时A的测点平均温度。

[0059] 第三阶段，使用第一阶段数据，以B的测点平均温度为横坐标，对应的A的测点平均温度为纵坐标，作图并建立拟合曲线函数y1。在同一张图上，使用第二阶段获取的数据，以B的测点平均温度为横坐标，对应的A的测点平均温度为纵坐标，在作图并建立拟合曲线函数y2，如图4所示。依据图4中的y1和y2函数，建立关系式y2＝f(y1)。

[0060] 步骤14，建立拟合公式，具体地，建立不同阶次的拟合公式，比较拟合误差，选择最优关系式y2优＝f(y1优)。例如，建立二次多项式进行拟合Y2＝f(Y1)，如图5所示。

[0061] 比较线性拟合和二次多项式拟合的误差，如表1和表2所所示。线性拟合差值绝对值最大达到1.8℃，二次多项式拟合差值绝对值最大为1.0℃。二次多项式拟合在目标温度范围(60℃～140℃)内拟合效果更好。所以，选择二次多项式进行拟合，并利用图5的二次多项式建立Y2＝f(Y1)作为最优关系式y2优＝f(y1优)。

[0062] 表1背对气流温度拟合结果(xx次试车数据)

[0063]

[0064] 表2正对气流温度拟合结果(xx次试车数据)

[0065]

[0066]

[0067] 步骤2：试验过程中进行气液分离测试，具体地，将温度探针背对气流装配进行测试，并得到测试数据作为y1优。

[0068] 步骤3，利用步骤14得到的最优关系式y2优＝f(y1优)计算，其结果即为分离出液体后的气体总温。

[0069] 实施例2：图6是本发明第二实施例的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法的测试截面的结构示意图。图7是图6所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的分布示意图。图8是图6所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中温度探针的线性拟合曲线图。

[0070] 对于被测截面的温度探针数量为奇数或4个及以下(含4个)的情况，例如3个温度探针，被测温度区间60℃-140℃，测试截面如图6所示，被测截面探针分布如图7所示。需要选取某一临近截面，作为指示截面。为叙述方便，指示截面的温度探针记为M，被测截面的温度探针记为N，具体实施方式如下：

[0071] 步骤1：试验前对温度探针进行现场校准。具体地，步骤11，在未喷液体的情况下，于被测截面的温度范围内选取若干温度梯度点。因被测截面温度区间60℃-140℃，所以间隔20℃选取温度梯度点，分别是60℃、80℃、100℃、120℃、140℃。

[0072] 步骤13，当截面温度探针数量为奇数或4个及以下时，选取一临近截面作为指示截面，设置在该临近截面M的温度探针记为M，设置在被测截面的温度探针记为N，首先将N背对气流装配，M正对气流装配，采用M总温数据平均值为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值；即第一阶段，N背对气流装配，M正对气流装配。采用M总温数据平均值为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值。

[0073] 继而再将N正对气流装配，M正对气流装配，采用M总温数据为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值；即第二阶段，N正对气流装配，M正对气流装配。采用M总温数据为参考基准按温度梯度点进行加温试验，得到各个梯度点下N的平均值。

[0074] 第三阶段，使用第一阶段数据，以M温度值的平均值为横坐标，N正对气流各个梯度点下的温度的平均值为纵坐标，作图并建立关系曲线y1。

[0075] 步骤15：当截面温度探针数量为奇数或4个及以下时，利用所述步骤13中的数据建立拟合公式；具体地，在同一张图上，使用第二阶段获取的数据，以M温度值的平均值为横坐标，N背对气流各个梯度点下的温度的平均值为纵坐标，在作图并建立关系曲线y2，如图8所示。在图中建立曲线y1和y2的关系式y2＝f(y1)。如第一实施例所述方法，建立不同阶次的拟合公式，比较拟合误差,选择最优关系式y2优＝f(y1优)。

[0076] 步骤2：试验过程中进行气液分离测试，并获取测试数据作为y1优；步骤3：将气液分离测试数据进行数据还原。具体地，利用最优关系式y2优＝f(y1优)计算，其结果即为分离出液体后的气体总温。

[0077] 图9是图1所示的对混有液体的气流场气体进行温度测试的方法中的非通透式带罩温度探针的结构示意图。

[0078] 在本申请中所使用的带有非通透式带罩温度探针，结构如图9所示。序号1为热电偶偶丝，序号2为滞止室，序号3为支杆，序号4为堵条，序号5为焊料。测头正对气流测试时，气流通过滞止室2中间的大孔流入,流经热电偶偶丝1，然后由两边小孔流出。支杆3背对测头端的工艺槽填塞堵条4后用焊料5堆焊，焊后打磨成型，这样支杆背对测头端闭合无槽。

[0079] 最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。