一种适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法

1.本发明属于压力测试技术领域，尤其涉及一种适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法。


背景技术：

2.高温涡轮是燃气涡轮发动机的重要部件之一，提高涡轮进口温度是增加发动机推力和功率的有效措施，但涡轮前进口温度的提高，会使涡轮高温部件工作环境恶化，由此造成可靠性差、使用寿命短的问题，故此涡轮叶片需要更高效的冷却技术。气膜冷却作为目前高温部件广泛应用的高效冷却技术，通过在涡轮叶片表面开设离散的孔，将冷却工质从涡轮叶片内部射流而出，在高温主流的作用下，冷却工质被压制于叶片表面上形成一层气膜，不仅将壁面与高温主流燃气隔开，同时还能带走壁面的热量。
3.流量系数作为气膜冷却结构设计阶段的重要参数，主要用于调控实际冷气分配和评估流体流经气膜孔前后的压力损失。气膜孔流量系数的测量计算通常需要获取气膜孔入口的冷气总压，试验过程中往往会通过仪器装置提取气膜孔所在内流通道处的总压值。然而真实航空发动机涡轮叶片尺寸较小，通常叶片表面还会分布有密集的气膜孔排，尤其是在涡轮叶片前缘部分，以说明书所示涡轮叶片为例，内流通道在叶片吸力面和压力面同时分布着气膜孔排。
4.针对真实涡轮叶片尺寸小的特点，传统总压测量方法通常会采用“放大模型”的试验，但是对于涡轮叶片这样结构精细、流场复杂的模型来说，采用放大模型又无法体现出真实的涡轮叶片工作环境。针对真实涡轮叶片前缘部分气膜孔排密布的情况，传统总压测量方法难以布置安装测量装置，还会对涡轮叶片内流道的原始流场造成较大的干扰。
5.因此，亟需一种适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法来解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提出了一种适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，包括以下步骤：
8.步骤s1：准备总压探针并选取实验对象，将选定的涡轮叶片一分为二，分别为涡轮叶片前缘部分和涡轮叶片其余部分；
9.步骤s2：处理对涡轮叶片前缘部分，沿涡轮叶片内流道方向，按叶高在壁面开与总压探针适配的测量孔；
10.步骤s3：连接总压探针与涡轮叶片前缘部分，使总压探针穿过测量孔与内流道连通；
11.步骤s4：处理涡轮叶片其余部分，在切面位置开设空腔，总压探针的另一端伸入空
腔并沿空腔布置，总压探针引出涡轮叶片；
12.步骤s5：粘合涡轮叶片前缘部分和涡轮叶片其余部分，恢复到完整叶片状态；
13.步骤s6：总压探针引出涡轮叶片的部分里连接测量设备，进行内流道的总压测量试验。
14.优选的，步骤s1中，所述总压探针包括l型的探头，所述探头的一端由所述测量孔伸入所述内流道内，所述探头的另一端伸出所述测量孔并插接固定在连接块上，所述连接块与所述测量孔相适配并嵌设固定在所述测量孔内；所述连接块远离所述探头的一端插接连通有引压软管。
15.优选的，所述连接块的第一端面伸入所述测量孔并开设有与所述探头相适配的连接孔，所述连接块远离所述探头的第二端面固接有圆柱型的凸台，所述引压软管插接固定在所述凸台内；所述第一端面与所述测量孔和所述内流道的交界面平齐，所述第二端面与所述涡轮叶片前缘部分和所述涡轮叶片其余部分的交界面平齐。
16.优选的，步骤s4中，所述空腔与所述内流道相适配，所述空腔朝向涡轮叶片榫头底部的一端贯穿开设有与所述引压软管相适配的窄槽，所述引压软管沿所述空腔布置并从所述窄槽伸出所述涡轮叶片。
17.优选的，步骤s2中，所述测量孔分别布置在沿叶高25％、50％和75％的位置。
18.优选的，步骤s3包括以下步骤：
19.步骤s3.1、将所述探头插入所述连接孔内，并进行粘合；
20.步骤s3.2、将所述连接块嵌入所述测量孔内，并进行粘合；
21.步骤s3.3、打磨第二端面与壁面平齐；
22.步骤s3.4、将引压软管一端插入凸台内，并进行粘结；
23.步骤s3.5、将引压软管的另一端沿空腔布置，引出涡轮叶片与测量设备连通。
24.优选的，所述探头远离所述连接块的一端加工有压力感受孔。
25.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明的主要目的是提供一种适用于小尺寸涡轮叶片前缘部分的内流道总压测量方法，解决现有技术难以在实验室测量真实涡轮叶片内流道总压的难题；使用时将使用真实涡轮叶片，不采用放大模型，使测量结果更真实可靠；同时本发明将待测的涡轮叶片进行切割，将小体积的总压探针嵌设在切分开的两部分之间，然后再次重新粘结恢复原状，使得总压探针布置牢固，同时不在涡轮叶片表面影响其性能，也不会对内流道的原始流场造成干扰。
26.与现有的总压测量装置相比，本发明可以根据具体试验需求，在距离被测内流通道无气膜孔壁面适当位置，将叶身切割为二，在部分叶片的切面处，离散布置总压测量装置，实现多点同时测量，而且测量手段对涡轮叶片所测气膜孔排的原始流场影响较小，测量结果精确可靠。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1为本发明测量方法的示意图；
29.图2为本发明的测量方法分割涡轮叶片示意图；
30.图3为本发明空腔的结构示意图；
31.图4为本发明总压探针的结构示意图；
32.图5为本发明探头的结构示意图；
33.图6为本发明连接块的结构示意图；
34.图7为本发明引压软管的结构示意图；
35.图8为本发明的实际测量数据图；
36.图中：1、探头；2、连接块；3、引压软管；4、涡轮叶片前缘部分；5、涡轮叶片其余部分；11、压力感受孔；21、连接孔；22、凸台；23、第一端面；24、第二端面；41、内流道；42、壁面；51、空腔；52、窄槽。
具体实施方式
37.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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
39.参照图1-8所示，本实施例提供一种适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，包括以下步骤：
40.步骤s1：准备总压探针并选取实验对象，将选定的涡轮叶片一分为二，分别为涡轮叶片前缘部分4和涡轮叶片其余部分5；
41.步骤s2：处理对涡轮叶片前缘部分4，沿涡轮叶片内流道41方向，按叶高在壁面42开与总压探针适配的测量孔；
42.步骤s3：连接总压探针与涡轮叶片前缘部分4，使总压探针穿过测量孔与内流道41连通；
43.步骤s4：处理涡轮叶片其余部分5，在切面位置开设空腔51，总压探针的另一端伸入空腔51并沿空腔51布置，总压探针引出涡轮叶片；
44.步骤s5：粘合涡轮叶片前缘部分4和涡轮叶片其余部分5，恢复到完整叶片状态；
45.步骤s6：总压探针引出涡轮叶片的部分里连接测量设备，进行内流道41的总压测量试验。
46.本发明的主要目的是提供一种适用于小尺寸涡轮叶片前缘部分4的内流道41总压测量方法，解决现有技术难以在实验室测量真实涡轮叶片内流道41总压的难题；使用时将使用真实涡轮叶片，不采用放大模型，使测量结果更真实可靠；同时本发明将待测的涡轮叶片进行切割，将小体积的总压探针嵌设在切分开的两部分之间，然后再次重新粘结恢复原状，使得总压探针布置牢固，同时不在涡轮叶片表面影响其性能，也不会对内流道41的原始流场造成干扰。
47.与现有的总压测量装置相比，本发明可以根据具体试验需求，在距离被测内流通道无气膜孔壁面42适当位置，将叶身切割为二，在部分叶片的切面处，离散布置总压测量装置，实现多点同时测量，而且测量手段对涡轮叶片所测气膜孔排的原始流场影响较小，测量
结果精确可靠。
48.进一步的，分割涡轮叶片时，选取距离内流道41无气膜孔排壁面42约1.5mm位置处，将叶片一分为二，分成涡轮叶片前缘部分4和涡轮叶片其余部分5。
49.进一步优化方案，步骤s1中，总压探针包括l型的探头1，探头1的一端由测量孔伸入内流道41内，探头1的另一端伸出测量孔并插接固定在连接块2上，连接块2与测量孔相适配并嵌设固定在测量孔内；连接块2远离探头1的一端插接连通有引压软管3；探头1远离连接块2的一端加工有压力感受孔11；连接块2的第一端面23伸入测量孔并开设有与探头1相适配的连接孔21，连接块2远离探头1的第二端面24固接有圆柱型的凸台22，引压软管3插接固定在凸台22内；第一端面23与测量孔和内流道41的交界面平齐，第二端面24与涡轮叶片前缘部分4和涡轮叶片其余部分5的交界面平齐。若干探头1、连接块2和一根引压软管3为一组，固定在叶片表面的测量孔位置，探头1固定方向时应与连接块2配合，朝向预计的来流方向，测量内流道41的总压值；探头1直径可根据具体测量涡轮叶片内流道41尺寸选择，但一般不超过3mm，压力感受孔11内倒角为30
°‑
90
°
，内孔直径为0.2mm-1mm；连接块2采用3d打印一体成型，其主体形状一般选用简单多边形，一侧的第一端面23加工用于安装探头1的连接孔21，另一侧的第二端面24加工用于连接引压软管3的空心圆柱型凸台22，两侧的第一端面23和第二端面24应尽可能满足连接块2安装后，与涡轮内外表面过渡连续光滑；连接块2主要有两点作用，其一是作为探头1和引压软管3的过渡连接部分，其二是起到对总压探针的定位定向作用，连接块2的第一端面23经3d打印为被测位置处内流道41表面形状，第二端面24经3d打印为被测位置处叶片表面形状，探头1固定安装朝向，需与连接块2相配合，使得测量装置安装完毕后，探头1正对涡轮叶片内流通道的主流方向。
50.本实施例中，连接块2的主体为2.5mm
×
2.5mm的方形小块，具体的厚度则由被测位置处涡轮叶片厚度决定，凸台22高度2.5mm，外直径2mm，壁厚0.25mm，引压软管3外直径1.5mm，连接孔21的直径为0.8mm。
51.进一步优化方案，步骤s4中，空腔51与内流道41相适配，空腔51朝向涡轮叶片榫头底部的一端贯穿开设有与引压软管3相适配的窄槽52，引压软管3沿空腔51布置并从窄槽52伸出涡轮叶片。本实施例中，空腔51用于作为引流软管的通道，深度5mm，宽度和高度与被测涡轮叶片内流道41相近，在空腔51底部，靠近叶片中心侧，加工一道窄槽52，深度5mm，宽度则需比引压软管3外直径多0.5mm，长度贯穿至涡轮叶片榫头底部，引压软管3排列安置在窄槽52内，并从涡轮叶片的榫头底部引出。
52.进一步优化方案，步骤s2中，测量孔分别布置在沿叶高25％、50％和75％的位置。测量孔的形状和大小与连接块2的主体相适配，测量时，连接块2的主体嵌设在连接孔21内。
53.进一步优化方案，步骤s3包括以下步骤：
54.步骤s3.1、将探头1插入连接孔21内，并进行粘合；将探头1插入连接块2的通孔连接孔21内，并用少量硅胶粘合牢固，探头1应该正对内流通道的主流方向，连接块2的主体为方形，因此探头1和连接块2需要事先调整好方向后结合；
55.步骤s3.2、将连接块2嵌入测量孔内，并进行粘合；待上一步硅胶粘合部位风干牢固，将探头1插入内流道41内，连接块2的主体嵌入测量孔内，用少量硅胶粘合；
56.步骤s3.3、打磨第二端面24与壁面42平齐；用精细砂纸对连接块2的主体侧面，即与涡轮叶片开孔壁面42贴合部位，打磨平整，减少平在叶轮内的凸出，降低对叶片性能的影
响；
57.步骤s3.4、将引压软管3一端插入凸台22内，并进行粘结；待上一步硅胶粘合部位风干牢固，将引压软管3插入连接块2的空心圆柱型凸台22内，用少量硅胶粘合，并保证引压软管3与探头1的连通；
58.步骤s3.5、将引压软管3的另一端沿空腔51布置，引出涡轮叶片与测量设备连通。待上一步硅胶粘合部位风干牢固，则可将引压软管3按序整理排列在涡轮叶片其余部分5的空腔51内，再由窄槽52引出叶片内部。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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，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的限制。
60.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，其特征在于包括以下步骤：步骤s1：准备总压探针并选取实验对象，将选定的涡轮叶片一分为二，分别为涡轮叶片前缘部分(4)和涡轮叶片其余部分(5)；步骤s2：处理对涡轮叶片前缘部分(4)，沿涡轮叶片内流道(41)方向，按叶高在壁面(42)开与总压探针适配的测量孔；步骤s3：连接总压探针与涡轮叶片前缘部分(4)，使总压探针穿过测量孔与内流道(41)连通；步骤s4：处理涡轮叶片其余部分(5)，在切面位置开设空腔(51)，总压探针的另一端伸入空腔(51)并沿空腔(51)布置，总压探针引出涡轮叶片；步骤s5：粘合涡轮叶片前缘部分(4)和涡轮叶片其余部分(5)，恢复到完整叶片状态；步骤s6：总压探针引出涡轮叶片的部分里连接测量设备，进行内流道(41)的总压测量试验。2.根据权利要求1所述的适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，其特征在于：步骤s1中，所述总压探针包括l型的探头(1)，所述探头(1)的一端由所述测量孔伸入所述内流道(41)内，所述探头(1)的另一端伸出所述测量孔并插接固定在连接块(2)上，所述连接块(2)与所述测量孔相适配并嵌设固定在所述测量孔内；所述连接块(2)远离所述探头(1)的一端插接连通有引压软管(3)。3.根据权利要求2所述的适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，其特征在于：所述连接块(2)的第一端面(23)伸入所述测量孔并开设有与所述探头(1)相适配的连接孔(21)，所述连接块(2)远离所述探头(1)的第二端面(24)固接有圆柱型的凸台(22)，所述引压软管(3)插接固定在所述凸台(22)内；所述第一端面(23)与所述测量孔和所述内流道(41)的交界面平齐，所述第二端面(24)与所述涡轮叶片前缘部分(4)和所述涡轮叶片其余部分(5)的交界面平齐。4.根据权利要求3所述的适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，其特征在于：步骤s4中，所述空腔(51)与所述内流道(41)相适配，所述空腔(51)朝向涡轮叶片榫头底部的一端贯穿开设有与所述引压软管(3)相适配的窄槽(52)，所述引压软管(3)沿所述空腔(51)布置并从所述窄槽(52)伸出所述涡轮叶片。5.根据权利要求1所述的适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，其特征在于：步骤s2中，所述测量孔分别布置在沿叶高25％、50％和75％的位置。6.根据权利要求3所述的适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，其特征在于：步骤s3包括以下步骤：步骤s3.1、将所述探头(1)插入所述连接孔(21)内，并进行粘合；步骤s3.2、将所述连接块(2)嵌入所述测量孔内，并进行粘合；步骤s3.3、打磨第二端面(24)与壁面(42)平齐；步骤s3.4、将引压软管(3)一端插入凸台(22)内，并进行粘结；步骤s3.5、将引压软管(3)的另一端沿空腔(51)布置，引出涡轮叶片与测量设备连通。7.根据权利要求2所述的适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，其特征在于：所述探头(1)远离所述连接块(2)的一端加工有压力感受孔(11)。

技术总结
本发明公开一种适用于小尺寸叶片内流道的总压测量试验方法，包括以下步骤：步骤S1：准备总压探针并选取实验对象，将选定的涡轮叶片一分为二；步骤S2：处理对涡轮叶片前缘部分；步骤S3：连接总压探针与涡轮叶片前缘部分，使总压探针穿过测量孔与内流道连通；步骤S4：处理涡轮叶片其余部分，在切面位置开设空腔，总压探针的另一端伸入空腔并沿空腔布置；步骤S5：粘合涡轮叶片前缘部分和涡轮叶片其余部分，恢复到完整叶片状态；步骤S6：总压探针引出涡轮叶片的部分里连接测量设备，进行内流道的总压测量试验。本发明尺寸较小，对涡轮叶片内流道原始流场的影响较小，离散布置测量装置，实现多点同时测量，测量结果可靠，准确性好。准确性好。准确性好。


技术研发人员：周志宇 刘松 岳渊 李海旺 朱晓华 谢刚
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/9/14