專利名稱：超聲速發(fā)動機(jī)羽流場的壓力和溫度測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明主要涉及一種高效、快速測量超聲速發(fā)動機(jī)羽流場壓力和溫度的測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星推力器工作在高真空下，并噴射出羽流。羽流在衛(wèi)星或衛(wèi)星有效載荷目標(biāo)上形成沉積，從而影響衛(wèi)星的性能，稱之為羽流污染。羽流污染對其自身或鄰近的光學(xué)元件、 熱控涂層和太陽電池翼表面等敏感表面產(chǎn)生嚴(yán)重影響，使其性能退化，嚴(yán)重時會使某個系統(tǒng)或元件完全失效。由于發(fā)動機(jī)羽流為超聲速，其滯止溫度非常高，可達(dá)到幾百度，而壓力傳感器的穩(wěn)定工作溫度為0°c 80°C，普通測試系統(tǒng)很難滿足測試要求，因此，羽流場動壓參數(shù)通常通過模擬計算的方法得出。測試發(fā)動機(jī)羽流動壓通常采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(chǎn)生一定的影響，也需要考慮皮托管的形狀、尺寸的設(shè)計。發(fā)動機(jī)羽流場參數(shù)測試時關(guān)心三維方向多點的特征參數(shù)，采用多個測試單元會使測試成本激增。如何準(zhǔn)確、有效又能節(jié)省經(jīng)費完成羽流場三維參數(shù)測試就成為急需解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種成本低、效率高的測試系統(tǒng)，以快速便捷地完成羽流場三維特征參數(shù)的測試。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下超聲速發(fā)動機(jī)羽流場壓力和溫度的測試系統(tǒng)，包括皮托壓力測試單元、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(shè)置軸向平移模塊，軸向平移模塊上設(shè)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(shè)置有壓力測試單元及溫度測試單元，其中皮托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(shè)置有進(jìn)水管以及其后端設(shè)置出水管， 出水管上端部分也垂直于長徑外管，并彎折90度后再向下垂直設(shè)置，水平的長徑外管最前端具有錐形探頭，錐形探頭頂部開有采樣口，采樣口通過長徑外管內(nèi)部中央的采樣管與壓力傳感器相連，壓力傳感器的感應(yīng)面須與采樣管相對應(yīng)，壓力傳感器與采樣管之間密封，并通過電纜線與信號放大器及信號采集系統(tǒng)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采集系統(tǒng)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(shè)置有冷卻其溫度的循環(huán)水系統(tǒng)。本發(fā)明的測試系統(tǒng)具有很高的響應(yīng)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(fā)動機(jī)羽流皮托壓力測試單元結(jié)構(gòu)示意圖。其中，11-進(jìn)水管，12-長徑外管，13-錐形壓力探頭，14-采樣口，15-采樣管， 16-出水管，17-壓力傳感器，18-電纜線，19-信號放大器，110-信號采集系統(tǒng)。圖2是發(fā)動機(jī)羽流溫度測試單元結(jié)構(gòu)示意圖。其中，21-熱偶探頭，22-熱偶線，23-陶瓷管，24-信號采集系統(tǒng)。圖3是三維電控平移臺結(jié)構(gòu)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(fā)明的超聲速發(fā)動機(jī)羽流場壓力和溫度的測試系統(tǒng)，包括包括皮托壓力測試單元、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(shè)置軸向平移模塊，軸向平移模塊上設(shè)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(shè)置有壓力測試單元及溫度測試單元，其中圖1顯示了發(fā)動機(jī)羽流皮托壓力測試單元結(jié)構(gòu)，圖2示意了本發(fā)明的羽流場壓力和溫度的測試系統(tǒng)的溫度測試單元結(jié)構(gòu)，圖3顯示了三維電控平移臺結(jié)構(gòu)。其中，本發(fā)明測試系統(tǒng)中壓力測試單元包括水冷錐形壓力探頭結(jié)構(gòu)及壓力傳感器17，水冷錐形壓力探頭結(jié)構(gòu)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(shè)置有進(jìn)水管11及其后端部分設(shè)置有出水管16，出水管16 上端部分也垂直于長徑外管12，并彎折90度后再向下垂直設(shè)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頂部開有采樣口 14，采樣口 14通過長徑外管12內(nèi)部中央的采樣管15與壓力傳感器17相連，壓力傳感器17的感應(yīng)面須與采樣管15相對應(yīng)， 壓力傳感器17與采樣管15之間密封，并通過電纜線18與信號放大器19及信號采集系統(tǒng) 110依次連接；測試時，羽流通過采樣口 14和采樣管15作用于壓力傳感器17上，壓力傳感器17把感應(yīng)到的壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過電纜線18連接至信號放大器19及信號采集系統(tǒng)110。通過預(yù)先標(biāo)定好的壓力與傳感器輸出電壓信號的關(guān)系，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與信號采集系統(tǒng)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，羽流作用于熱偶探頭21上，熱偶探頭21把感應(yīng)到的溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過熱偶線22連接至信號采集系統(tǒng)M。通過預(yù)先標(biāo)定好的溫度與傳感器輸出電壓信號的關(guān)系，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(shè)置軸向平移模塊32，軸向平移模塊32上設(shè)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(shè)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，范圍為0 400mm，徑向平移臺31底部開有兩排間距50mm、 直徑7mm的通孔，用于固定平移臺；軸向平移模塊32沿羽流軸向移動，范圍為0 400mm ； 高度移動模塊33調(diào)整測試單元的高度，范圍為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。為便于調(diào)整測試單元與發(fā)動機(jī)噴口的位置，將壓力測試單元及溫度測試單元固定于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(shù)。測試時，首先調(diào)整測試單元與發(fā)動機(jī)噴口的位置，使其軸線在同一直線上，記錄下位置，然后通過三維電控平移臺3把測試單元從噴口處移開，發(fā)動機(jī)羽流穩(wěn)定后，通過三維電控平移臺3將測試單元將測試單元移動到預(yù)先記錄的位置，進(jìn)行微調(diào)，測試到最大信號， 根據(jù)傳感器響應(yīng)信號與實際壓力、溫度的換算關(guān)系，得出發(fā)動機(jī)羽流中心壓力、溫度數(shù)值。 通過傳動裝置把測試單元沿發(fā)動機(jī)羽流軸線方向測試，此過程測試單元實時測試，得到發(fā)動機(jī)羽流壓力、溫度軸向分布情況。通過傳動裝置使測試系統(tǒng)沿垂直于發(fā)動機(jī)羽流軸線方向測試，此過程測試單元實時測試，得到發(fā)動機(jī)羽流壓力、溫度徑向分布情況。盡管上文對本發(fā)明的具體實施方式
給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的是， 我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對上述實施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)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(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.超聲速發(fā)動機(jī)羽流場壓力和溫度的測試系統(tǒng)，包括皮托壓力測試單元、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(shè)置軸向平移模塊， 軸向平移模塊上設(shè)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(shè)置有壓力測試單元及溫度測試單元，其特征在于皮托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(shè)置有進(jìn)水管以及其后端設(shè)置出水管，出水管上端部分也垂直于長徑外管，并彎折90度后再向下垂直設(shè)置，水平的長徑外管最前端具有錐形探頭，錐形探頭頂部開有采樣口，采樣口通過長徑外管內(nèi)部中央的采樣管與壓力傳感器相連，壓力傳感器的感應(yīng)面須與采樣管相對應(yīng)，壓力傳感器與采樣管之間密封，并通過電纜線與信號放大器及信號采集系統(tǒng)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采集系統(tǒng)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(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，錐形壓力探頭設(shè)置有冷卻其溫度的循環(huán)水系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲速發(fā)動機(jī)羽流場壓力和溫度的測試系統(tǒng)，包括皮托壓力測試單元、熱電偶溫度測試單元及三維電控平移臺。本發(fā)明的測試系統(tǒng)具有很高的響應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者于錢, 孫威, 孟顯, 易忠, 楊東升, 焦子龍, 田東波, 臧衛(wèi)國, 院小雪 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所