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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明属于高温流场压力测试技术领域，具体涉及一种复合结构发汗冷却式高温水冷动态总压探针，包含探针支杆、探针头部、套管、安装座、线缆、冷却水进水管、出水管、发散壁面、冲击壁面、限流壁面、动态压力传感器、发散孔、冲击孔等，通过进水管进入探针的冷却水，一部分沿轴向在冲击冷却和对流换热后流出，另一部分径向渗透并通过发散壁面的发散孔的渗出，对探针进行发汗冷却。本发明的优点在于采用相变换热量大的优势，且在结构上兼具发汗冷却、冲击冷却、对流换热技术的优点，同时对探针支杆和探针头进行冷却，大幅提高了探针的冷却效率，提升了探针的动态响应能力和探针在极端高温环境最高可达2500℃下的工作寿命和测量结果的可靠性。

主权项：1.一种复合结构发汗冷却式高温水冷动态总压探针，包括探针支杆1、探针头2、套管3、安装座4、定位孔5、冷却水进水管6、冷却水出水管7、线缆8、周向分隔挡板9、第一壁面—发散壁面10、第二壁面—冲击壁面11、第三壁面—限流壁面12、第四壁面—探针支杆外壁面13、动态压力传感器18、测压孔19、半球形凹槽20及若干扰流柱14、发散孔15、冲击孔16、限流孔17；其特征在于：探针头2位于探针支杆1顶部，探针头2表面开测压孔19，套管3装于探针支杆1外部，安装座4装于套管3上，安装座4上设有定位孔5，冷却水进水管6和线缆8均装于探针支杆1内，冷却水出水管7装于套管3上、安装座4后方，线缆8装于探针支杆1内、冷却水进水管6外围靠近测压孔20一侧；探针支杆1为双层结构，内层与冷却水进水管6连通形成冷却水进水流道，外层被周向分隔挡板9分为六个腔室，这些腔室与渗透流道连通为冷却水轴向回流的主流道，靠近测压孔19的腔室装有动态压力传感器18和线缆8；探针支杆1外径可取2毫米至5毫米，对应套管3外径可取4毫米至10毫米，二者焊接为一个整体，冷却水进水管6管径为1毫米至2毫米；探针头2为探针顶部距端面轴向长度为3倍探针支杆1外径的圆柱体部分，探针头2上距离顶端1倍圆柱体直径的地方开测压孔19，以测压孔19为中心在探针表面挖出一个半球形凹槽20，以增大测压孔的不敏感角，半球形凹槽20直径为3倍测压孔直径，测压孔直径可为0.6毫米至1.5毫米；探针头2表面距离半球形凹槽202倍测压孔直径范围内，不开发散孔15，以避免发汗冷却产生蒸汽影响测量精度；探针头2的测压孔19与动态压力传感器18连通，动态压力传感器18产生的信号通过线缆8传出；套管3有三层结构，包括第一壁面—发散壁面10、第二壁面—冲击壁面11、第三壁面—限流壁面12，第一壁面10、第二壁面11之间形成第一冷却通道，第二壁面11、第三壁面12之间形成第二冷却通道，第三壁面12和探针支杆外壁面13之间形成第三冷却通道，上述三条冷却通道为冷却水渗透流道；安装座4可为跑道形或其他适合特定测量场合固定的形状，安装座4厚度可取2毫米至5毫米，安装座4上开有两个或适合其他特定测量场合的多个定位孔5，定位孔5直径可取2毫米至3毫米；在冷却水进水管6外壁面至第一壁面10之间周向均匀设置6个周向分隔挡板9以减小重力对于冷却水不均匀分布的消极影响，周向分隔挡板贯穿第二壁面11、第三壁面12、第四壁面13,将第一冷却通道、第二冷却通道、第三冷却通道和冷却水回水通道沿周向分隔成为6个独立的冷却区域，6个冷却水回流通道分别与6个独立冷却区域一一对应；冷却水出水管7与冷却水主回路连通，及时排出探针内温度升高到一定程度但未能流入探针支杆外壁面13和限流壁面12之间的第三流道的冷却水，即通过流动的冷却水对流换热进一步吸收发汗冷却过程未能完全吸收的部分热量，进而更好的保护动态压力传感器8；第一壁面10表面开有倾斜的发散孔15，沿周向均匀分布，轴向周期交错分布，形成均匀密布发散孔的发散壁面10，发散孔15贯穿第一壁面10，冷却水从发散孔中渗出，形成液膜蒸发冷却套管3外壁面，发散孔倾斜角度为30°至60°；发散孔15为内壁具有突起的圆柱形孔，如内壁具有云边形突起的圆柱形孔等，使冷却水缓慢渗出，以保证具有良好的冷却效果，发散孔15直径为0.05毫米至0.15毫米，内壁突起高度可为0.01毫米至0.03毫米；第二壁面11表面均布冲击孔16，冲击孔16连通第一冷却通道与第二冷却通道，冷却水从第二冷却通道穿过第二壁面11进入第一冷却通道，并对第一壁面10进行冲击冷却，所述冲击孔16为直孔，轴向交错周期分布于第二壁面-冲击壁面11上，冲击孔直径为0.1毫米至0.3毫米；第三壁面12表面周向均匀设置若干组限流孔17，由于探针支杆1不同的轴向位置所处的热环境可能有所差异，所需的流量也有所差异，可根据探针所处的热环境在探针支杆1轴向的不同位置开设不同数量的限流孔17以控制进入不同位置的冷却水流量，从而控制不同位置处的冷却效果，限流孔17直径为0.2毫米至0.4毫米；第一冷却通道内设有扰流柱14，周向均匀分布，轴向交错周期分布，形成均匀密布扰流柱群，扰流柱14上、下端面固连第一壁面10与第二壁面11，以强化整体的换热性能，扰流柱14直径为0.1毫米至0.2毫米；可根据实际高温流场温度范围选择合适的发散孔布局参数，根据测试环境压力选择合适的冷却水供水压力，有效结合冷却水对流换热冷却、冲击冷却和发汗冷却三种冷却方式，提升了探针的冷却效果，可以同时冷却探针支杆和探针头，且散热效果足够均匀和理想，能够有效提高高温环境下压力探针的动态响应能力和工作温度上限最高可达2500℃。

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