五孔探針簡介

1、附錄：五孔探針流場測量技術(shù)簡介一、五孔探針的流場測量原理使用五孔探針測量氣流速度和壓力，其使用方法有三種。第一種是全對向測量,測量時靠坐標(biāo)器轉(zhuǎn)動，使探針中間的孔完全對準(zhǔn)氣流方向，使探針1、3孔壓力相等，且探針4、5孔壓力相等；第二種是非對向測量，將探針固定在坐標(biāo)架上，測益時過程種探針不轉(zhuǎn)動，根據(jù)五個孔測出的壓力,從校準(zhǔn)曲線求出氣流各參數(shù)：第三種是半對向測量方法，探針固定在坐標(biāo)器上，但坐標(biāo)架(即探針)可以繞坐標(biāo)器軸轉(zhuǎn)動。測.量時，轉(zhuǎn)動坐標(biāo)架(即探針)，使探針4、5孔壓力相等，這樣氣流速度矢量就為于1、2、3孔平面內(nèi)，這樣.可以根據(jù)探針轉(zhuǎn)過的角度得到a角二1 .全對向測雖一般情況下，由于條件限制，

2、在測量時，一般無法使探針的中間孔完全對準(zhǔn)氣流，所以在實際測量中很少被采用.2 .半對向測運在半對向測量中.氣流角a可以通過探針轉(zhuǎn)過的角空從坐標(biāo)架角度刻度盤中讀出，所以在實際測量中僅需要璋定P角和氣流速度大小。03-3Pi-Pa(1-1)(1-2)kt=P巴(1-3)24/0-/(1-4)上述的卜0/2仆3*1)和(12-1V。=2+4。*（2一/%）a-a0+a如果a=5度，最好是探針轉(zhuǎn)5度后，冽量Q=0.三、基于五孔探針的三維速度實時測量系統(tǒng)1、設(shè)計思路利用五孔探針的不對向測量方法，再配上實時數(shù)據(jù)采集處理，就可以開發(fā)三維速度實時測量系統(tǒng)，它可以適用于被速度變化不是非常劇烈地場合使用。目前我們

3、己有的系統(tǒng)是利用五孔探針地半對向測量方法，測量時需要調(diào)整探針，而且探針轉(zhuǎn)動角度的測量目前也是人工，所以在三維速度實時測量時使用會受到限制。在三維速度實時測量系統(tǒng)中，測量方法改用非對向測量方法，在測量中不需要隨時轉(zhuǎn)動探針，另外配上角度傳感器，測量探針轉(zhuǎn)動地角度，就可以實時測量三維速度了。2、傳感器選擇根據(jù)被測量的壓力范圍選擇適合的傳感器量程.3、數(shù)據(jù)實時采集利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來采集五孔探針的壓力信號，并將它實時地傳送到五孔探針測試系統(tǒng)中，可實時地顯示流場的速度和壓力。4、角度傳感器和位移傳感器測量系統(tǒng)如果配上絕對型的軸編碼器來測量探針轉(zhuǎn)動角度a0和位移傳感酷來測量坐標(biāo)位置，可以實現(xiàn)角度和位置的自動

4、測量。5、實時測量軟件處理系統(tǒng)利用壓力傳感器測量得到的壓力P15,通過非對向測量方法，可以獲得基于探針坐標(biāo)系下地三維速度V,a并可以實時地顯示基于探針系的氣流速度和氣流角度；再通過軸編碼器測量探針轉(zhuǎn)動的角度a0.就可以獲得世界坐標(biāo)系統(tǒng)下的氣流速度和角度。探針坐標(biāo)系統(tǒng)下速度（V,aBD轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系統(tǒng)下速度（V,a,8）為U=U。二十。二/?6、探針校準(zhǔn)軟件處理系統(tǒng)利用校準(zhǔn)時壓力傳感器測量得到的壓力P15和探針角度a，通過不對向測量方法，將數(shù)據(jù)處理成速度特性曲線KQ、KB=f(a,B)和總壓特性KO=f(a,B)、速度特性Kv=f(Q,B),校準(zhǔn)時，在需要測量地速度范圍內(nèi)，指定的幾個不同速度上

5、進行校準(zhǔn)，可以獲得不同速度下地一組校準(zhǔn)曲線，保存在測量系統(tǒng)探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中，供測量時使用。7、實時測量系統(tǒng)使用利用壓力傳感器測量得到的壓力P15,通過不對向測量方法，可以獲得基于探針坐標(biāo)下的速度，為了提高測量精度，在使用時，可以根據(jù)實際測得的a，轉(zhuǎn)動探針來調(diào)整探針角度a0，使探針近可能地對準(zhǔn)氣流速度方向，使a在一個較小的范圍內(nèi)，如5。在測量過程中，開始時需要轉(zhuǎn)動探針來對準(zhǔn)被測量氣流，在測量過程仲，如果氣流角不超出范圍，測量過程中是不需要轉(zhuǎn)動探針的。此系統(tǒng)可以應(yīng)用于氣流速度大小、方向變化不很劇烈地場合，用于實時測量和記錄氣流速度的大小、方向和壓力。四、五孔探針測量方法的改進1 .對被測氣流角度的

6、處理對于五孔探針來說，空間氣流速度方向可以由探針坐標(biāo)系上的偏航角夕、俯仰角耳確定。為了適應(yīng)氣流方向角變化幅度較大的情況，將a拆分成兩個部分進行測量：a=a0十%其中：為為半對向測量部分，名為非對向測量部分。半對向部分采用半對向測量的思想即轉(zhuǎn)動探針對準(zhǔn)事先規(guī)定的與氣流方向角最接近的子區(qū)域，非對向部分%則在該子區(qū)域內(nèi)采用非對向測量方法，利用探針測量直接獲得多。為保證足夠的測量精度，每個子區(qū)域的角度范圍應(yīng)較小，例如取為10,這意味著通常是限制片在5。表1給出一個例子，供參考表1偏航角a拆分示例偏航角a()半對向部分(0)非對向部分(0)101121()22325-23435-14545056一A16

7、765278753由于利用了半對向測量方法，所以對4的范圍幾乎沒有限制，為了減少%的調(diào)整次數(shù)，可以考慮取5或10為間隔，此間隔也相當(dāng)于非對向測量時的角度調(diào)整步長或子區(qū)域的大小。在實際測量時，只要名不超過規(guī)定范圍，就不需要轉(zhuǎn)動探針，2 .五孔探針的校準(zhǔn)一般應(yīng)先根據(jù)試驗時被測量氣流的速度范圍確定最小速度V*和最大速度Vq,在最小和最大速度范圍內(nèi)選取幾個速度來校準(zhǔn)探針，獲得探針在不同速度下的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。對于一個給定的校準(zhǔn)速度V,首先針對一個探針。角，調(diào)整多個探針?角(萬角一般范圍一45*450)，得到這個。角所對應(yīng)的一組小角的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。由于。角一般范圍是一4T:45,所以還需要針對不同的a角重復(fù)上述的

8、探針校準(zhǔn)工作，最終得到給定速度下，不同探針角度a所對應(yīng)的不同組尸角度的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，即針對確定的校準(zhǔn)速度V,應(yīng)得到一組校準(zhǔn)曲線Ka=/(a,Q)、Kf(af)、K=f(a./3)、按照傳統(tǒng)的非對向測量方法，通常a角范圍為一45。+45,校準(zhǔn)時角曳間隔為5。，則。由需要校準(zhǔn)-45。、-40,、.40、45共19組，如果采用本文改進的測量方法限制?在5內(nèi)，為使探針測量準(zhǔn)確，探針a角校準(zhǔn)范圍取為-io+10,，角度間隔為5度，則a僅行要校準(zhǔn)-10。、-5、0、5、10共5組，說明本文改進方法還可以大大減少探針校準(zhǔn)工作重。3 .五孔探針的測量數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理時，根據(jù)五孔探針的測量壓力可以計算出Ka、Kb,

9、通過查找Ka,Kp=/（a,6）曲線插值求得氣流方向角a和夕，通過、尸在五孔探針?biāo)俣忍匦郧€K。=/（4/?）插值總壓系數(shù)Ko,計算出總壓。通過。、力在五孔探針?biāo)俣忍匦郧€K”=/（“,/?）插值總壓系數(shù)Kd,計算出動壓。偏航角系數(shù)此2一俯仰角系數(shù)K打烏P1-%一、&一Pu、K總壓系數(shù)K。二”A2一其中Pm4 .采用實時測量和處理技術(shù)，確保測量的火角在指定范圍內(nèi)對于改進后的測量方法，需要保證非對向測量時的角度%在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，這在傳統(tǒng)的手工測量中是難以實現(xiàn)的。白于目前試驗測量采用自行開發(fā)的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，加上五孔探針數(shù)據(jù)實時處理技術(shù)，可以直接實時得到測量結(jié)果氣流的角度，并顯示在扉幕上，

10、供試驗者參考，來確定調(diào)整探針轉(zhuǎn)動角度。如果氣流角超出指定的5范圍，則調(diào)整探針的/角使q角度在5范圍內(nèi)。為了確保測量精度，探針的角度在10內(nèi)校準(zhǔn)，測量時4在5。范圍內(nèi)使用。在實際測量時，如果處在10范圍之外，則在五孔探針數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)，由于q角度超出校準(zhǔn)曲線范圍，需要通過線性外插來獲得此時氣流的q角，這時的巴角誤差較大，而此時的q角僅用于指導(dǎo)調(diào)整探針的%角曳，%調(diào)整后使4角又回到預(yù)先指定的士5范圍內(nèi)，所以探針還是在校準(zhǔn)的范圍內(nèi)使用，保證了測量的精度。試驗表明，一般校準(zhǔn)探針的角度在土10內(nèi)就可以滿足測量精度的要求。圖2-5改進后測量方法的測量過程示意圖5 .改進后測量方法的驗證測試實例我們用改進后

11、的測量方法對調(diào)節(jié)門后的流場做了測試，實踐表明該方法可行，能提高測量速度，又能確保測量精度。表2-2同一位置的不同的測試結(jié)果半對向SC分叼)非對向端分Q/氣沆角ac)偏差()P(c)V(m/3)事注20-23.023-3.023-2.4561.55522.148超出?；ɑ▏?5-16.507-1.507-0.9401.20922.658超出校準(zhǔn)葩圍10-10.642-0.642-0.0751.34722.8858-7.9850.0150.5821.66023.1476-6.657-0.657-0.0901.61122.8824-4.516-0.5160.0511.84522.811推薦使用金圍2

12、-2.551-0.5510.0161.77222.834推薦使用花國0-0.567-0.5670.0001.77922.925以該點為基準(zhǔn)-21.598-0.4020.1651.84122.875圭薦使用范國-43.678-0.3220.2451.70222.819推薦使用花園-65.864-0.1360.4311.60222.761-87.719-0.2810.2861.69522.715-109.763-0.2370.3301.43122.753-1515.1460.1460.7131.47122.342超出校準(zhǔn)范圍-2021.0851.0851.6521.68221.800超出校準(zhǔn)范圍以