阅读说明：本技术 燃烧室出口总温探针 (Total temperature probe for outlet of combustion chamber ) 是由 王凯歌 吴超 汪雅玲 汪林全 李霞 刘翔 杨宏鸿 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种燃烧室出口总温探针,包括探针支杆,探针支杆头部设有整流隔热罩、屏蔽罩,整流隔热罩与探针支杆之间沿周向有缝隙,屏蔽罩固定于探针支杆前端,并伸出整流隔热罩,屏蔽罩前端设有进气孔,进气孔内设有热电偶；探针支杆后部设有冷却气进口、进水口和出水口,探针支杆内设有冷却气管、进水缝隙和出水缝隙,冷却气管连通冷却气进口和整流隔热罩,探针支杆头部内的通水槽两端连通进水缝隙与出水缝隙。采用本发明,防止探针支杆头部外侧烧蚀；通过屏蔽罩、整流隔热罩,使测点的温度场不受冷却结构影响,冷却对屏蔽罩和测点的热传导误差明显得到改善,实现了高性能燃烧室出口燃气的准确测量。(The invention provides a total temperature probe for an outlet of a combustion chamber, which comprises a probe supporting rod, wherein the head part of the probe supporting rod is provided with a rectifying heat-insulating cover and a shielding cover, a gap is formed between the rectifying heat-insulating cover and the probe supporting rod along the circumferential direction, the shielding cover is fixed at the front end of the probe supporting rod and extends out of the rectifying heat-insulating cover, the front end of the shielding cover is provided with an air inlet, and a thermocouple is arranged in the air inlet; the rear part of the probe supporting rod is provided with a cooling air inlet, a water inlet and a water outlet, a cooling air pipe, a water inlet gap and a water outlet gap are arranged in the probe supporting rod, the cooling air pipe is communicated with the cooling air inlet and the rectification heat insulation cover, and two ends of a water through groove in the head part of the probe supporting rod are communicated with the water inlet gap and the water outlet gap. By adopting the invention, the ablation of the outer side of the head of the probe supporting rod is prevented; the shield cover and the rectification heat insulation cover are used for preventing the temperature field of the measuring point from being influenced by the cooling structure, so that the heat conduction error of the shield cover and the measuring point is obviously improved by cooling, and the accurate measurement of the high-performance combustion chamber outlet gas is realized.)

燃烧室出口总温探针

技术领域

本发明涉及航空发动机高温气流测试技术领域，具体涉及一种燃烧室出口总温探针。

背景技术

随着先进航空发动机技术发展，下一代高温升、高性能航空发动机主燃烧室的试验工况已达到2200K以上，远超现有高温燃气测量的能力范围。如何实现下一代燃烧室出口高温气流的可接触式测量，并可靠、准确的掌握燃烧室出口气流温度的分布情况，是目前紧迫的技术难题。

下一代燃烧室出口温度高、压力大、测试空间狭小、结构复杂、风险高。目前国内采用的水冷方式配合铂铑40-铂铑20热电偶的高温探针测温上限只有2000K左右，在局部热点区域双铂铑偶丝材料经常出现高温熔断情况，无法担负更高高温气流的测量工作，同时探针冷却结构带来的测温误差偏大，数据无法直接使用。另外，探针冷却结构带来测温误差的同时，也使探针支杆头部温度升高，无法得到有效保护，导致烧蚀损伤，造成无法长时间使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃烧室出口总温探针。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的燃烧室出口总温探针，包括探针支杆，所述探针支杆中部设有安装部；

探针支杆头部设有整流隔热罩、屏蔽罩，整流隔热罩与探针支杆之间沿周向有缝隙，屏蔽罩后端固定于探针支杆前端，屏蔽罩前端伸出整流隔热罩，屏蔽罩前端顺向设有进气孔，进气孔内设有热电偶；

探针支杆后部设有冷却气进口、进水口和出水口，探针支杆内设有冷却气管、进水缝隙和出水缝隙，冷却气管一端连通冷却气进口，另一端连通整流隔热罩内部，进水缝隙连通进水口，出水缝隙连通出水口，探针支杆头部内设有通水槽，通水槽两端分别连通进水缝隙与出水缝隙。

所述热电偶采用铱铑40-铱铑10的偶丝。

所述热电偶的裸露部分设有耐高温镀膜层。

该藕丝的直径为Φ0.5mm。

所述屏蔽罩上还沿横向设有排气孔，排气孔连通进气孔，排气孔正对热电偶中部。

所述排气孔数量为2个，位于热电偶两边。

所述进气孔与排气孔的面积比值为1.04。

该排气孔直径为1.8mm。

所述屏蔽罩的长径比≥5。

所述屏蔽罩至少有2个，分别为贵金属屏蔽罩和陶瓷屏蔽罩。

所述陶瓷屏蔽罩后部设有限位结构和固定卡环，限位结构与固定卡环之间卡接，固定卡环之间与探针支杆前端焊接。

所述整流隔热罩前端为弧形，整流隔热罩上涂有热障涂层。

所述整流隔热罩周向分布有多个卡销，整流隔热罩与探针支杆之间通过卡销卡接。

所述进水缝隙、出水缝隙内还设有导流板，导流板位于探针支杆头部。

本发明的有益效果在于：

采用本发明，探针头部的冷却为水冷与气冷复合形式，提高了冷却效果；冷却气整体降低了整流隔热罩内部的探针头部温度，减小了冷却水负荷，降低了支杆内由于冷却水升温带来的压力，保障了强度；冷却气从整流隔热罩与探针支杆之间的缝隙排出，对探针支杆头部具有屏障保护作用，防止探针支杆头部外侧烧蚀；屏蔽罩减少了电偶丝高温熔断的情况，通过屏蔽罩使热电偶远离探针支杆头部，并由整流隔热罩隔绝，使得测点的温度场不受冷却结构影响，冷却对屏蔽罩和测点的热传导误差明显得到改善，实现了高性能燃烧室出口燃气的准确测量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯向示意图。

图3是图1的M部详图。

图4是图1的A-A向剖视图。

图5是图1的B-B部断面图。

图6是图1的C-C部断面图。

图7是探针支杆内部的导流板结构示意图。

图中：1-探针支杆；2-安装部；3-整流隔热罩；4-屏蔽罩；5-进气孔；6-热电偶；7-冷却气进口；8-进水口；9-出水口；10-冷却气管；11-进水缝隙；12-出水缝隙；13-通水槽；14-导流板；15-排气孔；16-贵金属屏蔽罩；17-陶瓷屏蔽罩；18-固定卡环；19-卡销。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1～6所示为本发明的结构示意图：

本发明提供了一种燃烧室出口总温探针，包括探针支杆1，所述探针支杆1中部设有安装部2；

探针支杆1头部设有整流隔热罩3、屏蔽罩4，整流隔热罩3与探针支杆1之间沿周向有缝隙，屏蔽罩4后端固定于探针支杆1前端，屏蔽罩4前端伸出整流隔热罩3，屏蔽罩4前端顺向设有进气孔5，进气孔5内设有热电偶6；

探针支杆1后部设有冷却气进口7、进水口8和出水口9，探针支杆1内设有冷却气管10、进水缝隙11和出水缝隙12，冷却气管10一端连通冷却气进口7，另一端连通整流隔热罩3内部，进水缝隙11连通进水口8，出水缝隙12连通出水口9，探针支杆1头部内设有通水槽13，通水槽13两端分别连通进水缝隙11与出水缝隙12。

原理：安装部2用于将总温探针安装在燃烧室出口，工作时，探针头部的冷却为水冷与气冷复合形式，冷却水通过进水口8、进水缝隙11、通水槽13、出水缝隙12、出水口9形成回路，冷却器通过冷却气进口7、冷却气管10进入整流隔热罩3内，又从整流隔热罩3与探针支杆1之间的缝隙排出，该排出方向顺着燃烧室出口燃气方向，从而排出的冷却气对探针支杆1头部具有屏障保护作用。

采用本发明，探针头部的冷却为水冷与气冷复合形式，提高了冷却效果；冷却气整体降低了整流隔热罩3内部的探针头部温度，减小了冷却水负荷，降低了支杆内由于冷却水升温带来的压力，保障了强度；冷却气从整流隔热罩3与探针支杆1之间的缝隙排出，对探针支杆1头部具有屏障保护作用，防止探针支杆1头部外侧烧蚀；屏蔽罩4减少了电偶丝高温熔断的情况，通过屏蔽罩4使热电偶6远离探针支杆1头部，并由整流隔热罩3隔绝，使得测点的温度场不受冷却结构影响，冷却对屏蔽罩4和测点的热传导误差明显得到改善，实现了高性能燃烧室出口燃气的准确测量。

所述热电偶6采用铱铑40-铱铑10的偶丝。该热电偶6长期最高使用温度为2273K，短期最高使用温度2373K，在测温范围内允许误差±0.4％t；通过该设置，避免了电偶丝高温熔断的情况，实现了下一代燃烧室出口高温气流的可接触式测量，并且温度测量数据可靠、准确。

所述热电偶6的裸露部分设有耐高温镀膜层。研究发现，铱材料在高温氧化环境下会出现挥发现象，同时若测量燃气中含有较多未完全燃烧的成分，该偶丝表面会出现渗碳现象，从而造成偶丝易断裂；因此，通过镀膜，防止了该偶丝表面渗碳和铱材料挥发，保证了偶丝的长期使用不断裂。

该藕丝的直径为Φ0.5mm。

如图3所示：所述屏蔽罩4上还沿横向设有排气孔15，排气孔15连通进气孔5，排气孔15正对热电偶6中部。燃烧室出口燃气从进气孔5进入，从排气孔15出，使热电偶6测点的气流与燃烧室出口燃气一致，减小了测量误差。

所述排气孔15数量为2个，位于热电偶6两边。

所述进气孔5与排气孔15的面积比值为1.04。增大屏蔽罩4的内流速度，进而增强偶丝与燃气的对流换热。

该排气孔15直径为1.8mm。

所述屏蔽罩4的长径比≥5。

所述屏蔽罩4至少有2个，分别为贵金属屏蔽罩16和陶瓷屏蔽罩17。

其中，贵金属屏蔽罩16为铂铱贵金属材质；陶瓷屏蔽罩17为氧化钇陶瓷材质。提高了屏蔽罩4可靠性，可长期在下一代高温升、高性能航空发动机主燃烧室中工作。

所述陶瓷屏蔽罩17后部设有限位结构和固定卡环18，限位结构与固定卡环18之间卡接，固定卡环18之间与探针支杆1前端焊接。

所述整流隔热罩3前端为弧形，整流隔热罩3上涂有热障涂层。如图4～5所示：弧形便于使燃烧室出口燃气顺利流过，减小阻力，并减小燃气扰动对测点温度场的影响，热障涂层进一步降低了冷却结构对热电偶6测点温度场的影响，提高了测量数据的可靠性。

所述整流隔热罩3周向分布有多个卡销19，整流隔热罩3与探针支杆1之间通过卡销19卡接。

如图7所示：所述进水缝隙11、出水缝隙12内还设有导流板14，导流板14位于探针支杆1头部。进一步提高冷却效率。