王　東，雷志軍，劉建明，馬　磊，武　卉，郝晟淳（.中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng)005；.中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京0090）

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7孔復(fù)合探針在平面葉柵流場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用

王東1，雷志軍2，劉建明1，馬磊1，武卉1，郝晟淳1
（1.中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng)110015；2.中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京100190）

摘要：結(jié)合流場(chǎng)校測(cè)和壓氣機(jī)葉柵試驗(yàn)測(cè)試方法的研究工作，應(yīng)用算術(shù)平均、質(zhì)量平均和摻混均勻法3種數(shù)據(jù)處理方法，獲得了葉柵流場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比和誤差分析，探索了復(fù)合探針在葉柵流場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用范圍及條件。試驗(yàn)結(jié)果表明：復(fù)合探針在跨聲速、俯仰角為-15°～15°范圍內(nèi)具有良好的氣動(dòng)特性，3種數(shù)據(jù)處理方法均可用于平面葉柵流場(chǎng)測(cè)量。通過流場(chǎng)校測(cè)和葉柵試驗(yàn)，驗(yàn)證了復(fù)合探針在流場(chǎng)測(cè)量中具有準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性的特點(diǎn)，其數(shù)據(jù)處理方法為葉柵流場(chǎng)提供了基礎(chǔ)性的測(cè)量手段。

關(guān)鍵詞：復(fù)合探針；平面葉柵；流場(chǎng)測(cè)量；數(shù)據(jù)處理方法

引用格式：王東，雷志軍，劉建明，等.7 孔符合探針在平面葉柵流場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2016,42（3）：67-73.WANG Dong,LEI Zhijun,LIU Jianming,et al.Application of seven-holes composite probe in the measurement of the plane cascade flow field[J].Aeroengine,2016,42(3):67-73.

0　引言

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)平面葉柵流場(chǎng)精細(xì)化測(cè)量提出了更高要求。探針的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、位置精度、結(jié)構(gòu)尺寸和安裝要求以及數(shù)據(jù)處理方法對(duì)流場(chǎng)測(cè)量準(zhǔn)確度均有影響。采用尺寸小、形狀尖而薄、用途多的探針，測(cè)量較多的氣動(dòng)參數(shù)，是測(cè)試技術(shù)發(fā)展的方向。由于探針測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境要求低、價(jià)格低廉，對(duì)于流場(chǎng)測(cè)量有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。隨著對(duì)葉柵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)和損失機(jī)理研究的不斷深入，探針在葉柵流場(chǎng)測(cè)量中發(fā)揮的作用日趨重要。要使探針測(cè)得到、測(cè)得準(zhǔn)、測(cè)得穩(wěn)，需要對(duì)探針的制作、校準(zhǔn)方法、數(shù)據(jù)處理方法和試驗(yàn)技術(shù)，以及測(cè)控系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行進(jìn)行研究。

本文從復(fù)合探針的設(shè)計(jì)與加工、校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理方法及校核試驗(yàn)過程方面，運(yùn)用算術(shù)平均、質(zhì)量平均和摻混均勻3種數(shù)據(jù)處理方法對(duì)同1套擴(kuò)壓葉柵進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)自動(dòng)對(duì)向和非自動(dòng)對(duì)向測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了誤差分析，并對(duì)復(fù)合探針特點(diǎn)、空間分辨率、適用范圍作了說明。

1　復(fù)合探針的設(shè)計(jì)與加工

1.1復(fù)合探針的設(shè)計(jì)

復(fù)合探針適用于跨聲速、超聲速氣流測(cè)量，其設(shè)計(jì)原則是力求尺寸小、形狀尖而薄，用途多，結(jié)構(gòu)緊湊[2]等，基于這一原則，設(shè)計(jì)了既能用于自動(dòng)對(duì)向又能用于非自動(dòng)對(duì)向的復(fù)合探針。相比目前所用的楔形探針，其顯著特點(diǎn)是有1根獨(dú)立的靜壓探頭，可以提高跨聲速區(qū)流場(chǎng)靜壓的測(cè)量精度，與5孔尖劈探針一樣均用于測(cè)量氣流角在±15°范圍內(nèi)的2維流場(chǎng)。探針主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 復(fù)合探針

復(fù)合探針將A、B兩個(gè)探頭組合在一起，其中A探頭由φ1.2、材料為1Cr18Ni9Ti的3個(gè)管組成尖劈楔形體，尖劈楔型體左、右管頭部在相反方向切成45°角的斜面，用于測(cè)量方向，中間管截面與管壁垂直，用于測(cè)量總壓；B探頭由φ1.2、材料為1Cr18Ni9Ti的管前端加錐型探頭組成，并在管側(cè)邊與A探頭測(cè)量總壓相同的截面上均布開了4個(gè)φ0.3靜壓孔，靜壓孔位于錐型探針頭后管直徑6～10倍的位置[3]。研究經(jīng)驗(yàn)表明，在靜壓探頭上，靜壓孔距探頭的距離應(yīng)超過10倍直徑，復(fù)合探針設(shè)計(jì)的4個(gè)靜壓孔的位置距探頭為13倍直徑，通過1根引壓管引出，以避免激波引起壓力測(cè)量誤差。靜壓探頭與總壓探頭相距16 mm，可同時(shí)測(cè)量氣流總壓和靜壓?？倝簻y(cè)量管和方向測(cè)量管組成的尖劈楔形體做得盡量小，以減小探頭迎風(fēng)面積，減弱激波的強(qiáng)度和減少損失[2]。

1.2復(fù)合探針的加工

探針加工的關(guān)鍵在于保證探針頭部的設(shè)計(jì)尺寸和方向測(cè)量管的斜面角度的加工精度，首先按設(shè)計(jì)尺寸加工靜壓探頭和總壓3孔管，靜壓探頭錐角保證15°，3孔管之間通過焊接連接，焊后保持3孔管并排面平整光潔，方向測(cè)量管頭部的斜面為45°，斜面角度公差為0.02°，斜面平整光潔，孔邊保持銳邊。在完成所有零部件加工后，將3孔管和靜壓管的一端插入探針安裝頭上，接入引壓接嘴，校準(zhǔn)測(cè)量孔位置，尤其要保證測(cè)壓孔的位置度及3孔管相對(duì)探針桿軸線的垂直度不超過0.05。3孔管和靜壓管與探針安裝頭接合面涂樂泰膠496，涂膠時(shí)不能堵塞測(cè)量孔。連接支桿、接嘴、橫桿和定位桿，并進(jìn)行釬焊，焊料采用HLAgCu30-35，焊后打磨光焊縫。若不將整根管接入引壓接嘴，則應(yīng)連接測(cè)量管和引壓管之間的軟管，并進(jìn)行尺寸檢查，檢查合格后進(jìn)行通暢性和密封檢查，合格后對(duì)探針安裝頭進(jìn)行材料填充，材料可采用樹脂或銀焊料。

2　校準(zhǔn)

2.1復(fù)合探針校準(zhǔn)復(fù)合探針在中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所風(fēng)洞上校準(zhǔn)，目的是得到馬赫數(shù)與探針壓力孔測(cè)得的總壓之間惟一的函數(shù)關(guān)系[4]。在標(biāo)定過程中，包括標(biāo)定風(fēng)洞的總溫、總壓、靜壓，及復(fù)合探針測(cè)量到的PL、Pc、Pr和Pst4個(gè)壓力參數(shù)。對(duì)以上6個(gè)壓力參數(shù)進(jìn)行無量綱處理，得到與氣流角、Ma成一定關(guān)系的7個(gè)角度壓力系數(shù)（如圖2所示）。PL、Pc、Pr和Pst分別對(duì)應(yīng)復(fù)合探針的第1～4測(cè)量端，復(fù)合探針在Ma=0.2～1.0的7個(gè)工況下進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定角度范圍為±15°，角度間隔0.5°，校準(zhǔn)曲線如圖2所示。

圖2 復(fù)合探針校準(zhǔn)曲線

2.2測(cè)量數(shù)據(jù)修正

首先假設(shè)探針測(cè)量到的氣流角α=0，再根據(jù)復(fù)合探針測(cè)量壓力（Pc和Pst）計(jì)算出的KM值中進(jìn)行查詢，并插值得出測(cè)量Ma的估計(jì)值；然后插值得出該Ma值下的KΦ1和KΦ2隨氣流角的變化曲線，再通過測(cè)量的KΦ1和KΦ2的較小者，插值得到氣流角的第1次修正值α2；根據(jù)α2查詢KM～Ma曲線，并通過插值方法修正Ma；最后對(duì)比前后2次求得的Ma之間的差值是否小于0.001，直到滿足要求。修正流程如圖3所示。

圖3 復(fù)合探針測(cè)量結(jié)果修正流程

3　數(shù)據(jù)處理

在柵后0.5～1倍弦長(zhǎng)處，采用復(fù)合探針，使探針定位于葉片中間截面，且探頭對(duì)準(zhǔn)來流方向，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)步長(zhǎng)設(shè)定為0.25 mm。測(cè)量時(shí)，探針沿測(cè)量截面移動(dòng)，測(cè)量葉柵的出口總壓、靜壓和出口氣流角。對(duì)探針?biāo)鶞y(cè)的葉柵流場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，通常采用測(cè)量截面氣動(dòng)參數(shù)算術(shù)平均、質(zhì)量平均和摻混均勻3種計(jì)算方法。

3.1算術(shù)平均法

算術(shù)平均法數(shù)據(jù)處理過程依據(jù)葉柵測(cè)試系統(tǒng)的狀態(tài)設(shè)定。在壓力測(cè)量數(shù)據(jù)中，使用探針自動(dòng)對(duì)向測(cè)量出口總壓，測(cè)量值為，需要測(cè)量1個(gè)柵距內(nèi)的壓力分布。當(dāng)進(jìn)行超聲速流場(chǎng)測(cè)量時(shí)，伴隨著探針前方的1個(gè)正激波會(huì)有其他的復(fù)雜現(xiàn)象。根據(jù)瑞利-皮托公式[5]來推導(dǎo)式（1），如果Ma＜1，則測(cè)量的總壓與出口總壓一致；如果Ma＞1，則測(cè)量的總壓需要進(jìn)行Ma修正，因?yàn)槭褂昧俗詣?dòng)對(duì)向的測(cè)量方式，因此使用正激波下的激波前后總壓的關(guān)系式進(jìn)行修正

3.2質(zhì)量平均法

質(zhì)量平均就是以測(cè)量點(diǎn)的質(zhì)量流量為加權(quán)的平均值[6]，即

經(jīng)無量綱化后，可表示為

需要特別說明的是，測(cè)量截面葉柵損失系數(shù)的質(zhì)量平均值定義為：

式中：Y為圖4測(cè)量截面葉柵損失系數(shù)；P*為探針測(cè)量總壓；Ps測(cè)量壁面靜壓；下標(biāo)1為葉柵進(jìn)口，下標(biāo)2y為葉柵出口測(cè)量截面；下標(biāo)mav為質(zhì)量平均。

3.3摻混均勻法

摻混均勻截面計(jì)算如圖4所示。以從測(cè)量截面到摻混均勻截面之間的1個(gè)柵距寬度的面積為控制體，通過求解其質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒方程，即可得到摻混均勻截面的各項(xiàng)氣動(dòng)參數(shù)[7]。假設(shè)控制體工質(zhì)為理想氣體，具有恒定的比熱容。

圖4 摻混均勻截面計(jì)算

質(zhì)量守恒方程

能量守恒方程

式中：下標(biāo)1、2y和2分別為上游進(jìn)口測(cè)量截面、葉柵下游測(cè)量截面及摻混均勻截面；ω為氣流速度。根據(jù)上面的假設(shè)，K1=K2，T02=T01，也即IMa*=IMa。通過求解上述2次方程，可得

一般來說，式（11）的最小正值即為要求解的臨界Ma。求出摻混均勻截面的無量綱氣動(dòng)函數(shù)θ、q2/P2*和P2/P2*。將臨界Ma代入下式，可求得摻混均勻截面的Ma及氣流角。

將上述求得的各參數(shù)代入周向動(dòng)量守恒方程中，得到摻混均勻截面的無量綱總壓P2*/P1*。在進(jìn)口總壓P1*已知的情況下，可求解摻混均勻截面的P2*、P2、q2、M2及氣流角α2，繼而求得摻混均勻葉柵損失系數(shù)：

式中：Ym為圖4摻混均勻截面葉柵損失系數(shù)；下標(biāo)2為葉柵下游摻混均勻截面。

4　試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為驗(yàn)證復(fù)合探針測(cè)量結(jié)果，分別采用復(fù)合探針、5孔尖劈探針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)壓氣機(jī)平面葉柵試驗(yàn)件進(jìn)行測(cè)量。

4.1試驗(yàn)器和測(cè)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

試驗(yàn)在沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所近聲速平面葉柵試驗(yàn)器上進(jìn)行，該試驗(yàn)器是連續(xù)式常溫開口射流式風(fēng)洞試驗(yàn)器，有效風(fēng)口面積為100 mm×250 mm，湍流度≤1%，進(jìn)口Ma1≤0.95，進(jìn)口氣流角β1=20°～110°[8]，試驗(yàn)件及復(fù)合探針如圖5（a）所示。復(fù)合探針標(biāo)定范圍為0.15～1.00，復(fù)合探針使用范圍為0.2～1.0。平面葉柵流場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)由位移機(jī)構(gòu)、位移控制系統(tǒng)和平面葉柵測(cè)量系統(tǒng)組成。柵后直線定位單元重復(fù)定位精度為±0.025 mm，柵后角位移最小分辨率均設(shè)為0.0036°，角位移重復(fù)定位精度為±0.01°。5孔尖劈探針為跨聲速探針，其實(shí)物照片和結(jié)構(gòu)尺寸分別如圖5（b）、（c）所示。測(cè)量來流Ma＜1.6，總壓孔徑為0.8 mm，靜壓孔徑為0.3 mm，尖劈半角為15°±10′。使用前用30倍放大鏡檢查孔口無缺陷和毛刺，保持銳邊。自動(dòng)對(duì)向方式下，需在風(fēng)洞上標(biāo)定探針的氣動(dòng)零點(diǎn)，標(biāo)定范圍為0.3～1.0，超出1.0的零點(diǎn)值按Ma=1.0的氣動(dòng)零點(diǎn)計(jì)算。采用自動(dòng)對(duì)向方式時(shí)，探針自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的角位移控制精度為± 0.3°[9]。大氣壓力表誤差為0.05%，壓力采集模塊采用PSI9010和DSA3217，精度為0.05% FS。尖劈探針測(cè)量壓力誤差≤0.1%，考慮葉柵端壁的影響，探針自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)測(cè)量角度的誤差為±0.5°。

圖5 平面葉柵試驗(yàn)件、復(fù)合探針和5孔尖劈探針

4.2所選壓氣機(jī)葉柵測(cè)量特性

圖6 葉柵流場(chǎng)特性（β1=45°）

跨聲速渦輪葉柵的葉型損失包括葉片附面層損失、尾緣摻混損失及激波損失[10]。葉柵中的損失通過試驗(yàn)研究分為葉型損失、2次流損失和間隙2次流損失[11]。角渦與葉面附面層相互作用是決定角區(qū)流型和損失的基本物理機(jī)制[12]。為便于分析探針測(cè)量結(jié)果，先分析風(fēng)洞流場(chǎng)和葉柵出口半葉高的尾跡特性。葉柵風(fēng)洞在100 mm×120 mm風(fēng)口下測(cè)量的速度分布如圖6（a）所示，測(cè)量葉柵半葉高損失區(qū)域如圖6（b）所示。圖中Y軸為柵距，X軸為葉高。測(cè)量結(jié)果表明，除去端壁附面層的影響，在主流區(qū)總壓場(chǎng)是均勻的，靜壓場(chǎng)變化在467.96 Pa，靜壓場(chǎng)的不均勻度反映了速度場(chǎng)的不均勻度，在主流區(qū)內(nèi)速度場(chǎng)的不均勻度為1.34%。半葉高損失區(qū)域顯示葉柵尾跡窄，總壓虧損小，該狀態(tài)下負(fù)荷不大，端壁附面層＜20 mm，盡管復(fù)合探針總壓和靜壓相距16 mm，測(cè)量點(diǎn)不在1個(gè)流線上，但主流區(qū)的面積遠(yuǎn)大于16 mm2，且受端壁附面層的影響小，測(cè)量的Ma能反映出葉柵出口的真實(shí)速度；葉柵油流圖譜如圖6（c）、（d）所示。圖6（c）驗(yàn)證了圖6（b）測(cè)量的結(jié)果；圖6（d）表明：在Ma=0.74狀態(tài)下，葉柵尾跡明顯變寬，出現(xiàn)的角渦屬二次流，其分離在很大程度上影響二次流的分布[13]，所以葉柵損失明顯增大。

4.3不同對(duì)向方式試驗(yàn)結(jié)果

復(fù)合探針和5孔尖劈探針在相同工況下以自動(dòng)對(duì)向和非自動(dòng)對(duì)向方式測(cè)得的結(jié)果如圖7所示。從圖7（a）中可見，在亞臨界范圍內(nèi)，葉柵損失系數(shù)相差不超過0.01，符合葉柵流場(chǎng)要求[14]；當(dāng)Ma＞0.8后，探針測(cè)得葉柵損失系數(shù)差異較大，復(fù)合探針采用2種方式測(cè)得的損失系數(shù)不超過0.02；復(fù)合探針和5孔尖劈探針測(cè)得的損失系數(shù)相差0.02。產(chǎn)生這種差異的原因是葉柵超臨界后氣流發(fā)生嚴(yán)重分離，在靠近葉片尾緣處氣流異常混亂，出現(xiàn)了渦的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，這種不穩(wěn)定流動(dòng)是復(fù)雜的氣體流動(dòng)，是3元的、非定常的分離流動(dòng)[15]，導(dǎo)致葉柵在失速狀態(tài)下測(cè)量結(jié)果重復(fù)性變差。另外2種探針測(cè)量誤差主要原因?yàn)椋涸谌~片后緣造成很強(qiáng)的低壓區(qū)，且在葉片尾緣處氣流方向很亂，超臨界后自動(dòng)對(duì)向方式很難測(cè)出氣流真實(shí)的總壓；復(fù)合探針和5孔尖劈探針在結(jié)構(gòu)、尺寸上不同，探針受堵塞比的影響也會(huì)有所差異，且復(fù)合探針迎風(fēng)面積較小，測(cè)孔受剪切層的影響小，測(cè)量結(jié)果更接近真實(shí)值；從圖6（c）中可見，在Ma=0.74狀態(tài)下，葉柵尾跡明顯變寬，出現(xiàn)了角渦，表明了探針在該狀態(tài)下測(cè)量損失明顯增大的原因。從圖7（b）中可見，在0.2＜Ma＜0.8范圍內(nèi)，葉柵出口氣流角不超過1°，均滿足±0.5°的測(cè)量技術(shù)要求；在Ma=0.2狀態(tài)時(shí)，角度差異較大，其原因在于自動(dòng)對(duì)向系統(tǒng)±10 kPa差壓變送器量程范圍不適合在Ma=0.2下使用，在低Ma范圍內(nèi)，靈敏度下降導(dǎo)致角度的測(cè)量誤差。

圖7 葉柵出口測(cè)量截面2種探針測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

4.4不同數(shù)據(jù)處理方法的試驗(yàn)結(jié)果

復(fù)合探針采用算術(shù)平均、質(zhì)量平均和摻混均勻3種數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)試驗(yàn)件在相同工況下測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理得到的曲線如圖8所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)負(fù)荷較小的葉柵，在亞臨界范圍內(nèi)，葉柵損失系數(shù)不超過1%，出口氣流角偏差不超過1°，滿足葉柵試驗(yàn)精度基本要求；當(dāng)Ma＞0.8以后，由圖6（c）可知，二次流和尾跡摻混損失明顯增大，葉柵處于失速狀態(tài)，葉柵負(fù)荷較大，在此狀況下，3種數(shù)據(jù)理處理結(jié)果有明顯差異，損失曲線對(duì)比表明，在葉柵超臨界后摻混均勻的數(shù)據(jù)處理方法更趨合理。

圖8 葉柵出口測(cè)量截面3種數(shù)據(jù)處理方法結(jié)果對(duì)比

4.5不同測(cè)量截面的試驗(yàn)結(jié)果

復(fù)合探針采用質(zhì)量平均數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)試驗(yàn)件在相同工況下不同測(cè)量截面的測(cè)量處理后得到的曲線如圖9所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，在柵后不同測(cè)量截面測(cè)量的葉柵損失系數(shù)和出口氣流角均有一定差異，這種差異并非由測(cè)量和數(shù)據(jù)處理結(jié)果造成，縱向梯度能引起俯仰角測(cè)量誤差；梯度使氣流方向測(cè)量值向負(fù)梯度方向偏轉(zhuǎn)[16]，測(cè)量截面密流比因出口不同有所差異，且尾跡寬窄不同，最終導(dǎo)致?lián)p失和氣流角積分結(jié)果的差異。測(cè)量截面應(yīng)考慮2方面因素：探針后移可大大降低氣動(dòng)阻塞影響并減小葉片尾緣渦流剪切層帶來的誤差；離葉片尾緣越遠(yuǎn)，氣流摻混越嚴(yán)重，黏性損失也越大，測(cè)值越不能反映葉片出口真實(shí)流動(dòng)[17]。所以柵后測(cè)量截面選擇在柵后0.5～1倍弦長(zhǎng)位置。

圖9 不同測(cè)量截面葉柵出口測(cè)量氣動(dòng)參數(shù)對(duì)比

4.6試驗(yàn)結(jié)果誤差分析

試驗(yàn)段主流區(qū)Ma的控制精度為0.5%，自動(dòng)對(duì)向控制精度如圖10所示。從圖中可見，角位移隨動(dòng)控制精度誤差域值不大于±0.3°，角位移編碼器為20位，角度最小分辨率為0.0036°，系統(tǒng)角度測(cè)量誤差小于±0.5°，滿足GJB 1179-1991高速風(fēng)洞和低速風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)規(guī)范[18]的技術(shù)要求。對(duì)壓力值精度進(jìn)行分析，可從探針在通過對(duì)總壓恢復(fù)系數(shù)求導(dǎo)得到數(shù)據(jù)誤差

同理，出口探針測(cè)得總壓誤差與其類似。但須考慮非對(duì)向測(cè)量插值誤差，經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試插值誤差≤0.2%，故出口總壓誤差為

圖10 采用自動(dòng)對(duì)向方式測(cè)量葉柵出口尾跡結(jié)果

所有壓力值測(cè)量均為表壓，所以在試驗(yàn)中絕對(duì)壓力值的精度為0.2%，滿足平面葉柵壓力測(cè)量精度的基本要求：ΔP＜±0.3%。

5　結(jié)論

通過上述分析，得到以下結(jié)論：

（1）采用復(fù)合探針，3種數(shù)據(jù)處理方法測(cè)得平面葉柵結(jié)果沒有太大差異，測(cè)量誤差均滿足文獻(xiàn)[18]的技術(shù)要求，算術(shù)平均、質(zhì)量平均和摻混均勻數(shù)據(jù)處理方法在平面葉柵流場(chǎng)測(cè)量中得到驗(yàn)證。

（2）對(duì)出口損失區(qū)較大、負(fù)荷較大的葉柵流場(chǎng)測(cè)量，受二次流的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用質(zhì)量流量平均數(shù)據(jù)處理方法比采用算術(shù)平均數(shù)據(jù)處理方法測(cè)得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

（3）與普通尖劈探針相比，復(fù)合探針提高了對(duì)跨聲速區(qū)靜壓的敏感度，消除了壁面附面層對(duì)靜壓測(cè)量的影響，空間分辨率更高，在風(fēng)洞主流區(qū)范圍內(nèi)測(cè)量出口實(shí)際Ma更為準(zhǔn)確。

（4）7孔復(fù)合探針和5孔尖劈探針在葉柵亞臨界范圍內(nèi)測(cè)量氣動(dòng)參數(shù)不確定度均＜1%，超臨界后7孔復(fù)合探針不確定度均＜2%，符合超聲速風(fēng)洞流場(chǎng)校測(cè)的技術(shù)要求[14]。超臨界后7孔復(fù)合探針比5孔尖劈探針的測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

（5）由于測(cè)量截面密流比和尾跡寬窄不同，柵后不同測(cè)量截面測(cè)量結(jié)果有所差異，對(duì)展向壓力梯度大的葉柵，復(fù)合探針測(cè)量實(shí)際Ma會(huì)有偏差，為提高測(cè)量葉柵速度場(chǎng)的準(zhǔn)確度，應(yīng)將復(fù)合探針布置在葉中截面。

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（編輯：趙明菁）

Application of Seven-Holes Composite Probe in Measurement of Plane Cascade Flow Field

WANG Dong1,LEI Zhi-jun2,LIU Jian-ming1,MA Lei1,WU Hui1,HAO Sheng-chun1
（1.Shenyang Engine Design and Research Institute,Shenyang 110015,China;2.Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China）

Abstract:Combined with the study of the field calibration and test method of the compressor cascade test,the flow field data were obtained by three data processing methods,including arithmetic average,mass average and uniform mixing methods.The data were compared and the error was analyzed.The application scope and condition of the combination probe in the measurement of the flow field of cascade were explored.Results show that the gas dynamic characteristics of the combination probe are well within the pitching angle range from -15°to15°in the transonic;three data processing methods can be used to measure the flow field of the planar cascade.By flow field calibration and cascade test,the characteristics of the combination probe in the flow field were verified which proved accuracy,stability and reliability.The data disposing methods basically serve for the cascade flow field.

Key words:compositeprobe;planecascade;flow field measurement;dataprocessingmethod

中圖分類號(hào)：V211.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.03.013

收稿日期：2015-11-03基金項(xiàng)目：燃?xì)廨啓C(jī)工程研究項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：王東（1961），男，高級(jí)工程師，主要從事平面葉柵試驗(yàn)技術(shù)研究工作；E-mail：458628749@qq.com。