一种用于精准测量涡轮级效率的装置及方法

本发明属于叶轮机械测试技术领域，具体涉及一种用于精准测量涡轮级效率的装置及方法，能在最大限度减小对涡轮流场干扰的前提下实现叶轮机涡轮级效率的精准测量。

叶轮机械是一种复杂的动力机械，涡轮是其主要的组成部件之一，而效率是衡量涡轮性能的一个关键指标，因此精准测量涡轮的效率对涡轮的性能评定和涡轮的设计、改进具有重要意义，而现有技术的测量误差太大，已经超出了涡轮级效率改进的量值。

涡轮的等熵滞止效率定义为气流流经涡轮的轮缘功与流经涡轮气体的等熵滞止焓降之比，进一步涡轮级效率可以用涡轮进、出口的总温比、膨胀比、比热比计算，计算公式为：

式中：η——涡轮级效率

——涡轮级进口总温，K

——涡轮级进口总压，Pa

——涡轮级出口总温，K

——涡轮级出口总压，Pa

γ——流经涡轮气体的比热比

因此，如何准确测量涡轮级进、出口总温、总压，成为了准确测量涡轮级效率的关键之一。现有测量装置在进行涡轮参数测量时，大多使用单独的压力测量装置和温度测量装置分别对压力和温度进行测量。一方面，这样的测量方案使得压力、温度不能在同一时刻、同一点进行测量，并且测量参数并不来自于同一流线，大大降低了测量装置的空间分辨率，而涡轮中的流动具有很强的非定常性和空间不均匀性，使得测量结果产生误差。另一方面，测量装置在伸入涡轮流场中进行测量时，不可避免的会对被测流场产生干扰，而现有测量方案中，采用单独的压力测量装置和温度测量装置分别进行测量，使用的测量装置数量过多，必然会对被测流场造成较大的干扰，影响最终测量结果的准确性。

现有的测量装置多是单点测量，在对涡轮参数沿径向进行测量时，需要同时使用多个测量装置或通过位移机构带动测量装置移动进行测量。同时使用多个测量装置，不仅会堵塞流场，影响测量精度，还会增加测量成本。而通过位移机构带动测量装置会造成多点测量的结果之间存在时间差，无法实现流场的多个测量点同一时刻进行测量。

现有测量方法在测量涡轮级总温时，使用耙形总温测量装置或多支多点总温测量装置测量，用算数平均法计算总温平均值。在涡轮流场中，主流道内各点的流速并不是均匀的，主流道与附面层内的速度分布也相差很大，因而采用算数平均法计算总温平均值会使测量误差增大。

现有测量方法在测量涡轮级总压时，使用耙形总压测量装置或多点总压测量装置测量，用面积平均方法计算总压平均值。由于流场流速的不均匀性，使用面积平均方法计算总压平均值同样会带来误差，降低测量的准确性。

另外，现有测量只能测得多级涡轮进、出口的参数，而不能测得多级涡轮级间参数，因此对于多级涡轮来说，现有技术只能测得多级涡轮的整体效率，而不能测得涡轮单级效率。

因此，现有测量装置及方法已无法满足准确测量涡轮单级效率的需求，急需一种精准测量涡轮级效率的装置及方法实现对涡轮级效率的准确测量。

本发明要解决的技术问题是：针对现有的涡轮级效率测量和计算方案存在的，现有的测量装置难以做到在同一时刻、同一点测量流场总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、速度、密度等参数的问题；多个不同参数测量测量装置分别伸入涡轮流场对被测流场干扰较大的问题；计算涡轮级效率时温度参数采用算数平均方法或面积平均方法，而与实际涡轮流场速度分布出入较大的问题，发明了一种用于精准测量涡轮级效率的装置及方法。

本发明的一种用于精确测量涡轮级效率的装置及方法，其测量装置不同于以往分别独立的压力测量装置和温度测量装置，本发明中的测量装置为压力和温度组合测量装置，即能通过单一的测量装置实现气流总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、速度、密度的参数测量。

本发明的一种用于精确测量涡轮级效率的装置及方法，其测量方法不同于现有的测量方法。现有方法使用单独的温度测量装置和压力测量装置分别测量涡轮进出口的总温、总压，而本发明中的测量方法则是利用本发明中的测量装置进行多参数同步测量，这就减少了测量装置使用的数量，减少对被测流场的干扰，同时简化了测量过程、降低测量成本。现有方法在获得测试点的总温、总压参数后，通过算数平均或面积平均的方法求得测量截面的总温、总压平均值。而本发明使用质量流量加权的方式求得测量截面的总温、总压平均值，极大减小了涡轮级效率测量误差，提高了涡轮级效率测量精度。对于多级涡轮来说，现有测量方法只能测得其整体效率，而本发明中的测量方法可以通过新的测量截面和测点布局实现对多级涡轮单级效率的测量。

本发明的技术解决方案是：

测量装置包括头部(1)、支杆(2)、轮毂附面层压力感受孔(3)和轮毂附面层温度感受孔(4)、机匣附面层压力感受孔(5)和机匣附面层温度感受孔(6)、主流道压力感受孔(7)和主流道温度感受孔(8)、引压通道(9)、温度传感器线缆(10)；所述头部(1)包括与所述支杆(2)共轴线的圆柱体(11)；

在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向、开设有多排压力感受孔，每排压力感受孔包含三个紧邻但互不相通的压力感受孔，分别为左孔(12)、中孔(13)、右孔(14)，三个压力感受孔的中心线位于同一平面内，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在该平面关于中孔(13)中心线对称分布；

在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向开设有多排温度感受孔，每排温度感受孔包含一个温度感受孔(15)，它的中心线与所述压力感受孔中孔(13)的中心线平行；

压力感受孔与引压通道(9)封装在头部(1)内的一端各自连通；温度感受孔仅与温度传感器(16)直接连通，温度传感器可以选用裸丝热电偶、铠装热电偶、热电阻、光纤传感器等；引压通道(9)、温度传感器的线缆(10)，通过支杆(2)内的管道引出尾部；

所述轮毂附面层压力感受孔(3)靠近头部(1)端面，圆心与头部(1)端面距离0.5毫米至5毫米，直径0.2毫米至1.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为15°至60°；

所述轮毂附面层温度感受孔(4)位于轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)下方，圆心与轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.5毫米至2毫米，直径0.5毫米至2毫米；

所述机匣附面层压力感受孔(5)靠近头部(1)与支杆(2)交界面，与头部(1)与支杆(2)交界面距离0.5毫米至5毫米，直径0.2毫米至1.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为15°至60°；

所述机匣附面层温度感受孔(4)位于机匣附面层压力感受孔(3)中孔(13)上方，圆心与机匣附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.5毫米至2毫米，直径0.5毫米至2毫米；

所述主流道压力感受孔(7)位于轮毂附面层温度感受孔(4)和机匣附面层压力感受孔(5)之间，直径0.2毫米至1.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为15°至60°；

所述主流道温度感受孔(8)位于主流道压力感受孔(7)中孔(13)下方，圆心与主流道压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.5毫米至2毫米，直径0.5毫米至2毫米；

所述头部(1)圆柱体(11)的直径2毫米至8毫米，长度10毫米至400毫米；

测量方法包含对一种用于精准测量涡轮级效率的装置进行标定，在已知来流马赫数、速度、总温的标准风洞中，使来流流过测量装置；记录测量装置迎风面表面多排压力感受孔每排的三个压力感受孔的压力，记录测量装置温度传感器温度，将相邻的一排压力感受孔和温度感受孔视为一组测量点；

定义左孔(12)测量压力为P1，中孔(13)测量压力为P2，右孔(14)测量压力为P3，温度传感器测量温度为Tp，来流总压为Pt，来流静压为Ps，来流总温Tt，来流静温Ts，由此可以得到不同来流马赫数下的总压系数，静压系数，偏转角系数、总温恢复系数；

总压系数：

静压系数：

偏转角系数：

总温恢复系数：

由此可以得到本发明装置在不同马赫数下、不同偏转角下的总压系数、静压系数、偏转角系数和总温恢复系数的校准曲线；

第一种被测涡轮级进口测量点布置方案是，选择被测涡轮级进口前距离静子叶片前缘0.05至1.5倍叶片弦长的截面为进口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置3～9组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置5～10个测量位置，不同周向测量位置集中在一个静子叶栅栅距的扇形测量区内，在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏，通过位移机构带动测量装置走过所有周向测量位置；

第二种被测涡轮级进口测量点布置方案是，选择被测涡轮级进口前距离静子叶片前缘0.05至1.5倍叶片弦长的截面为进口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置3～9组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置5～10个测量位置，同时使用多个测量装置，它们各自分布在若干个静子叶栅栅距的扇形测量区，使每个测量扇形测量区内至多存在一个周向测量位置，并且当把这些不同扇形测量区内的周向测量位置以涡轮轴线为旋转中心旋转整数倍单个静子叶栅栅距对应的角度至同一个扇形测量区内后，仍能保证在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏；

第一种被测涡轮级出口测量点布置方案是，选择被测涡轮级出口后距离转子叶片尾缘0.05至1倍叶片弦长的截面处为出口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置3～9组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置5～10个测量位置，不同周向测量位置集中在一个静子叶栅栅距的扇形测量区内，在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏，通过位移机构带动测量装置走过所有周向测量位置；

第二种被测涡轮级出口测量点布置方案是，选择被测涡轮级出口后距离转子叶片尾缘0.05至1倍叶片弦长的截面处为出口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置3～9组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置5～10个测量位置，同时使用多个测量装置，它们各自分布在若干个静子叶栅栅距的扇形测量区，使每个测量扇形测量区内至多存在一个周向测量位置，并且当把这些不同扇形测量区内的周向测量位置以涡轮轴线为旋转中心旋转整数倍单个静子叶栅栅距对应的角度至同一个扇形测量区内后，仍能保证在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏；

进一步，进行试验测量，将测量装置安装在涡轮级进、出口测量截面初始位置，调整被测涡轮部件进入试验状态，测量并记录每组测量点的压力感受孔数据和温度传感器数据，利用位移机构带动测量装置进入下一个周向位置并重复上述过程，直至走遍所有周向测量位置；采用多个测量装置同时测量的方法时，将测量装置安装在涡轮级进、出口测量截面各自的测量位置，调整被测涡轮部件进入试验状态，直接记录所有测量装置的每组测量点的压力感受孔数据和温度传感器数据；

进一步，依据每组测量点三个压力感受孔的数据和温度传感器的数据，求出偏转角系数，再结合已经标定出的系数曲线，插值求出各个测点偏转角、总压、静压以及马赫数；并利用如下公式求得来流速度和密度：

c2＝γRTs

Ps＝ρRTs

其中，pt和ps是流场总压和静压，γ是流场的绝热指数，Tt和Ts是流场总温和静温，Ma是流场马赫数，v是流场速度，c是流场当地声速，R是气体常数，ρ是气体密度；

进一步，利用质量加权的方法，求得涡轮进口总温进口总压出口总温出口总压参数平均值，公式如下：

其中，是测量参数的质量加权平均值，vi是第i个测量点点的速度值，Ai是第i个测量点对应的面积值，αi是第i个测量点的偏转角，Xi是第i个测量点的参数值，j是测量点总数量；

进一步，利用如下公式计算被测涡轮级效率：

式中：η是涡轮级效率，和是涡轮级进口的总温和总压，和是涡轮级出口的总温和总压，γ是流经涡轮气体的比热比。

本发明的一种用于精确测量涡轮效率的装置及方法，测量装置通过校准风洞标定后，可获得校准曲线；实际测量中，基于每组三个压力感受孔和温度传感器测得的数据，再根据校准风洞标定获得的校准系数曲线及公式，通过数据处理，可以同时得到被测二维稳态流场的总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、速度、密度参数，提高了测量空间分辨率和测量精度；测量方法通过优化测点布局和质量加权求平均值的方法，能够准确测量涡轮单级和多级的效率。

本发明的有益效果是：

有益效果一：

本发明的一种精确测量涡轮级效率的装置使用单个装置即可实现涡轮级间流场总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度测量，结构紧凑，尺寸小，有效减少了对被测流场的干扰，提高了试验测试精度；同时简化了试验操作，降低了试验测试成本。

有益效果二：

本发明的一种精确测量涡轮级效率的方法通过质量加权的方法，消除了以往方法中算数平均和面积平均带来的系统误差，提高了涡轮级进、出口总温、总压的测量精度，进而提高涡轮级效率测量的准确性。

有益效果三：

本发明的一种精确测量涡轮级效率的装置及方法能够精准测得涡轮单级的效率。

有益效果四：

本发明的一种精确测量涡轮级效率的装置能够测量涡轮轮毂附面层和机匣附面层内的总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度参数。

图1是本发明实施例一的高压涡轮第一级进口测量装置结构示意图。

图2是图1的右视图。

图3是图1的左视图。

图4是图1的A向视图。

图5是图2的局部剖视图。

图6是本发明实施例一的高压涡轮第一级出口测量装置结构示意图。

图7是图6的右视图。

图8是图6的左视图。

图9是图6的A向视图。

图10是图7的局部剖视图。

其中：1-头部，2-支杆，3-轮毂附面层压力感受孔，4-轮毂附面层温度感受孔，5-机匣附面层压力感受孔，6-机匣附面层温度感受孔，7-主流道压力感受孔，8-主流道温度感受孔，9-引压通道，10-温度传感器线缆，11-圆柱体，12-左孔，13-中孔，14-右孔，15-温度感受孔，16-温度传感器

图11是本发明实施例一的安装使用示意图。

其中：1-轮毂，2-机匣，3-高压涡轮第一级进口，4-高压涡轮第一级静子，5-高压涡轮第一级转子，6-高压涡轮第一级出口。

图12是本发明实施例一的高压涡轮第一级进口测点布置示意图。

图13是本发明实施例一的高压涡轮第一级出口测点布置示意图。

其中：1-轮毂，2-机匣，3-周向测量位置，4-测量装置。

图14是本发明实施例二的涡轮级进口测量装置结构示意图。

图15是图14的右视图。

图16是图14的左视图。

图17是图14的A向视图。

图18是图15的局部剖视图。

图19是本发明实施例二的涡轮级出口测量装置结构示意图。

图20是图19的右视图。

图21是图19的左视图。

图22是图19的A向视图。

图23是图20的局部剖视图。

其中：1-头部，2-支杆，3-轮毂附面层压力感受孔，4-轮毂附面层温度感受孔，5-机匣附面层压力感受孔，6-机匣附面层温度感受孔，7-主流道压力感受孔，8-主流道温度感受孔，9-引压通道，10-温度传感器线缆，11-圆柱体，12-左孔，13-中孔，14-右孔，15-温度感受孔，16-温度传感器

图24是本发明实施例二的安装使用示意图。

其中：1-轮毂，2-机匣，3-涡轮级进口，4-涡轮级静子，5-涡轮级转子，6-涡轮级出口。

图25是本发明实施例二的涡轮级进口测点布置示意图。

图26是本发明实施例二的涡轮级出口测点布置示意图。

其中：1-轮毂，2-机匣，3-周向测量位置，4-测量装置。

图27是本发明实施例三的高压涡轮第一级进口测量装置结构示意图。

图28是图27的右视图。

图29是图27的左视图。

图30是图27的A向视图。

图31是图28的局部剖视图。

图32是本发明实施例三的高压涡轮第一级出口测量装置结构示意图。

图33是图32的右视图。

图34是图32的左视图。

图35是图32的A向视图。

图36是图33的局部剖视图。

其中：1-头部，2-支杆，3-轮毂附面层压力感受孔，4-轮毂附面层温度感受孔，5-机匣附面层压力感受孔，6-机匣附面层温度感受孔，7-主流道压力感受孔，8-主流道温度感受孔，9-引压通道，10-温度传感器线缆，11-圆柱体，12-左孔，13-中孔，14-右孔，15-温度感受孔，16-温度传感器

图37是本发明实施例三的安装使用示意图。

其中：1-轮毂，2-机匣，3-涡轮级进口，4-高压涡轮第一级涡轮静子，5-高压涡轮第一级涡轮转子，6-涡轮级出口。

图38是本发明实施例三的高压涡轮第一级进口测点布置示意图。

图39是本发明实施例三的高压涡轮第一级出口测点布置示意图。

其中：1-轮毂，2-机匣，3-周向测量位置，4-测量装置。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一

对于高压涡轮第一级进口和出口，轴向和径向尺寸小，流动情况复杂，并且来流可能含有燃烧室燃烧产物等杂质，装置头部和支杆应选择相对较小的尺寸尽可能减小对流场的堵塞，但同时感受孔要在保证空间分辨率的前提下选择相对较大的孔径来避免杂质堵塞，受空间限制选择较少的测点位置，因此在测量高压涡轮第一级效率时可采用下述实施案例：

一种用于精准测量涡轮级效率的装置及方法，其特征在于：

测量装置包括头部(1)、支杆(2)、轮毂附面层压力感受孔(3)和轮毂附面层温度感受孔(4)、机匣附面层压力感受孔(5)和机匣附面层温度感受孔(6)、主流道压力感受孔(7)和主流道温度感受孔(8)、引压通道(9)、温度传感器线缆(10)；所述头部(1)包括与所述支杆(2)共轴线的圆柱体(11)；

在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向、开设有多排压力感受孔，每排压力感受孔包含三个紧邻但互不相通的压力感受孔，分别为左孔(12)、中孔(13)、右孔(14)，三个压力感受孔的中心线位于同一平面内，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在该平面关于中孔(13)中心线对称分布；

在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向开设有多排温度感受孔，每排温度感受孔包含一个温度感受孔(15)，它的中心线与所述压力感受孔中孔(13)的中心线平行；

压力感受孔与引压通道(9)封装在头部(1)内的一端各自连通；温度感受孔仅与温度传感器(16)直接连通，温度传感器选用Pt100热电阻；引压通道(9)、温度传感器的线缆(10)，通过支杆(2)内的管道引出尾部；

所述轮毂附面层压力感受孔(3)靠近头部(1)端面，圆心与头部(1)端面距离0.5毫米，直径0.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述轮毂附面层温度感受孔(4)位于轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)下方，圆心与轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.6毫米，直径0.5毫米；

所述机匣附面层压力感受孔(5)靠近头部(1)与支杆(2)交界面，与头部(1)与支杆(2)交界面距离0.5毫米，直径0.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述机匣附面层温度感受孔(4)位于机匣附面层压力感受孔(3)中孔(13)上方，圆心与机匣附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.6毫米，直径0.5毫米；

所述主流道压力感受孔(7)位于轮毂附面层温度感受孔(4)和机匣附面层压力感受孔(5)之间，直径0.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述主流道温度感受孔(8)位于主流道压力感受孔(7)中孔(13)下方，圆心与主流道压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.6毫米，直径0.5毫米；

所述头部(1)圆柱体(11)的直径2.5毫米，长度20毫米；

测量方法包含对一种用于精准测量涡轮级效率的装置进行标定，在已知来流马赫数、速度、温度的标准风洞中，使来流流过测量装置；记录测量装置迎风面表面多排压力感受孔每排的3个压力感受孔的压力，记录测量装置温度传感器温度，将相邻的一排压力感受孔和温度感受孔视为一组测量点；

定义左孔(12)测量压力为P1，中孔(13)测量压力为P2，右孔(14)测量压力为P3，温度传感器测量温度为Tp，来流总压为Pt，来流静压为Ps，来流总温Tt，来流静温Ts，由此可以得到不同来流马赫数下的总压系数，静压系数，偏转角系数、总温恢复系数；

总压系数：

静压系数：

偏转角系数：

总温恢复系数：

由此可以得到本发明装置在不同马赫数下、不同偏转角下的总压系数、静压系数、偏转角系数和总温恢复系数的校准曲线；

被测涡轮级进口测量点布置方案是，选择被测涡轮级进口前距离静子叶片前缘1倍叶片弦长的截面为进口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置4组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置7个测量位置，不同周向测量位置集中在一个静子叶栅栅距的扇形测量区内，在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏，通过位移机构带动测量装置走过所有周向测量位置；

被测涡轮级出口测量点布置方案是，选择被测涡轮级出口后距离转子叶片尾缘0.2倍叶片弦长的截面处为出口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置5组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置7个测量位置，不同周向测量位置集中在一个静子叶栅栅距的扇形测量区内，在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏，通过位移机构带动测量装置走过所有周向测量位置；

进一步，进行试验测量，将测量装置安装在涡轮级进、出口测量截面初始位置，调整被测涡轮部件进入试验状态，测量并记录每组测量点的压力感受孔数据和温度传感器数据，利用位移机构带动测量装置进入下一个周向位置并重复上述过程，直至走遍所有周向测量位置；

进一步，依据每组测量点三个压力感受孔的数据和温度传感器的数据，求出偏转角系数，再结合已经标定出的系数曲线，插值求出各个测点偏转角、总压、静压以及马赫数；并利用如下公式求得来流速度和密度：

c2＝γRTs

Ps＝ρRTs

其中，pt和ps是流场总压和静压，γ是流场的绝热指数，Tt和Ts是流场总温和静温，Ma是流场马赫数，v是流场速度，c是流场当地声速，R是气体常数，ρ是气体密度；

进一步，利用质量加权的方法，求得高压涡轮第一级进口总温进口总压出口总温出口总压参数平均值，公式如下：

其中，是测量参数的质量加权平均值，vi是第i个测量点点的速度值，Ai是第i个测量点对应的面积值，αi是第i个测量点的偏转角，Xi是第i个测量点的参数值，j是测量点总数量；

进一步，利用如下公式计算被测涡轮级效率：

式中：η是涡轮级效率，和是高压涡轮第一级进口的总温和总压，和是高压涡轮第一级出口的总温和总压，γ是流经涡轮气体的比热比。

实施例二

对于涡轮级后面级进、出口，轴向和径向尺寸较大，来流流速较快，不同位置之间流动状态差异很大，因而可以选择较多的测量位置来提高测试的整体精度，另外装置头部和支杆应在尺寸选择时需要保证强度和刚度，压力感受孔选择较大孔径来避免来自燃烧室的杂质堵塞，因此在测量整机涡轮效率时可采用下述实施案例：

一种用于精准测量涡轮级效率的装置及方法，其特征在于：

测量装置包括头部(1)、支杆(2)、轮毂附面层压力感受孔(3)和温度感受孔(4)、机匣附面层压力感受孔(5)和温度感受孔(6)、主流道压力感受孔(7)和温度感受孔(8)、引压通道(9)、温度传感器线缆(10)；所述头部(1)包括与所述支杆(2)共轴线的圆柱体(11)；

在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向、开设有多排压力感受孔，每排压力感受孔包含三个紧邻但互不相通的压力感受孔，分别为左孔(12)、中孔(13)、右孔(14)，三个压力感受孔的中心线位于同一平面内，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在该平面关于中孔(13)中心线对称分布，中心线交点位于头部(1)的轴线上；

在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向开设有多排温度感受孔，每排温度感受孔包含一个温度感受孔(15)，它的中心线与所述压力感受孔中孔(13)的中心线平行；

压力感受孔与引压通道(9)封装在头部(1)内的一端各自连通；温度感受孔仅与温度传感器直接连通，温度传感器选用Pt100热电阻；引压通道(9)、温度传感器的线缆(10)，通过支杆(2)内的管道引出尾部；

所述轮毂附面层压力感受孔(3)靠近头部(1)端面，圆心与头部(1)端面距离0.8毫米，直径0.8毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述轮毂附面层温度感受孔(4)位于轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)下方，圆心与轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离1毫米，直径0.8毫米；

所述机匣附面层压力感受孔(5)靠近头部(1)与支杆(2)交界面，与头部(1)与支杆(2)交界面距离0.8毫米，直径0.8毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述机匣附面层温度感受孔(4)位于机匣附面层压力感受孔(3)中孔(13)上方，圆心与机匣附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离1毫米，直径0.8毫米；

所述主流道压力感受孔(7)位于轮毂附面层温度感受孔(4)和机匣附面层压力感受孔(5)之间，直径0.8毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述主流道温度感受孔(8)位于主流道压力感受孔(7)中孔(13)下方，圆心与主流道压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离1毫米，直径0.8毫米；

所述头部(1)圆柱体(11)的直径4毫米，长度200毫米；

测量方法包含对一种用于精准测量涡轮级效率的装置进行标定，在已知来流马赫数、速度、总温的标准风洞中，使来流流过测量装置；记录测量装置迎风面表面多排压力感受孔每排的3个压力感受孔的压力，记录测量装置温度传感器温度，将相邻的一排压力感受孔和温度感受孔视为一组测量点；

定义左孔(12)测量压力为P1，中孔(13)测量压力为P2，右孔(14)测量压力为P3，温度传感器测量温度为Tp，来流总压为Pt，来流静压为Ps，来流总温Tt，来流静温Ts，由此可以得到不同来流马赫数下的总压系数，静压系数，偏转角系数、总温恢复系数；

总压系数：

静压系数：

偏转角系数：

总温恢复系数：

由此可以得到本发明装置在不同马赫数下、不同偏转角下的总压系数、静压系数、偏转角系数和总温恢复系数的校准曲线；

被测涡轮级进口测量点布置方案是，选择被测涡轮级进口前距离静子叶片前缘0.3倍叶片弦长的截面为进口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置5组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置9个测量位置，不同周向测量位置集中在一个静子叶栅栅距的扇形测量区内，在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏，通过位移机构带动测量装置走过所有周向测量位置；

被测涡轮级出口测量点布置方案是，选择被测涡轮级出口后距离转子叶片尾缘0.5倍叶片弦长的截面处为出口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置7组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置9个测量位置，不同周向测量位置集中在一个静子叶栅栅距的扇形测量区内，在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏，通过位移机构带动测量装置走过所有周向测量位置；

进一步，进行试验测量，将测量装置安装在涡轮级进、出口测量截面初始位置，调整被测涡轮部件进入试验状态，测量并记录每组测量点的压力感受孔数据和温度传感器数据，利用位移机构带动测量装置进入下一个周向位置并重复上述过程，直至走遍所有周向测量位置；

进一步，依据每组测量点三个压力感受孔的数据和温度传感器的数据，求出偏转角系数，再结合已经标定出的系数曲线，插值求出各个测点偏转角、总压、静压以及马赫数；利用如下公式求得来流速度和密度：

c2＝γRTs

Ps＝ρRTs

其中，pt和ps是流场总压和静压，γ是流场的绝热指数，Tt和Ts是流场总温和静温，Ma是流场马赫数，v是流场速度，c是流场当地声速，R是气体常数，ρ是气体密度；

进一步，利用质量加权的方法，求得涡轮级进口总温进口总压出口总温出口总压参数平均值，公式如下：

其中，是测量参数的质量加权平均值，vi是第i个测量点点的速度值，Ai是第i个测量点对应的面积值，αi是第i个测量点的偏转角，Xi是第i个测量点的参数值，j是测量点总数量；

进一步，利用如下公式计算被测涡轮级效率：

式中：η是涡轮级效率，和是涡轮级进口的总温和总压，和是涡轮级出口的总温和总压，γ是流经涡轮气体的比热比。

实施例三

对于高压涡轮第一级进口和出口，轴向和径向尺寸小，流动情况复杂，并且来流可能含有燃烧室燃烧产物等杂质，装置头部和支杆应选择相对较小的尺寸尽可能减小对流场的堵塞，但同时感受孔要在保证空间分辨率的前提下选择相对较大的孔径来避免杂质堵塞，受空间限制选择较少的测点位置，因此在测量高压涡轮第一级效率时可采用下述实施案例：

一种用于精准测量涡轮级效率的装置及方法，其特征在于：

测量装置包括头部(1)、支杆(2)、轮毂附面层压力感受孔(3)和轮毂附面层温度感受孔(4)、机匣附面层压力感受孔(5)和机匣附面层温度感受孔(6)、主流道压力感受孔(7)和主流道温度感受孔(8)、引压通道(9)、温度传感器线缆(10)；所述头部(1)包括与所述支杆(2)共轴线的圆柱体(11)；

在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向、开设有多排压力感受孔，每排压力感受孔包含三个紧邻但互不相通的压力感受孔，分别为左孔(12)、中孔(13)、右孔(14)，三个压力感受孔的中心线位于同一平面内，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在该平面关于中孔(13)中心线对称分布；

在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向开设有多排温度感受孔，每排温度感受孔包含一个温度感受孔(15)，它的中心线与所述压力感受孔中孔(13)的中心线平行；

压力感受孔与引压通道(9)封装在头部(1)内的一端各自连通；温度感受孔仅与温度传感器(16)直接连通，温度传感器选用Pt100热电阻；引压通道(9)、温度传感器的线缆(10)，通过支杆(2)内的管道引出尾部；

所述轮毂附面层压力感受孔(3)靠近头部(1)端面，圆心与头部(1)端面距离0.5毫米，直径0.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述轮毂附面层温度感受孔(4)位于轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)下方，圆心与轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.6毫米，直径0.5毫米；

所述机匣附面层压力感受孔(5)靠近头部(1)与支杆(2)交界面，与头部(1)与支杆(2)交界面距离0.5毫米，直径0.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述机匣附面层温度感受孔(4)位于机匣附面层压力感受孔(3)中孔(13)上方，圆心与机匣附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.6毫米，直径0.5毫米；

所述主流道压力感受孔(7)位于轮毂附面层温度感受孔(4)和机匣附面层压力感受孔(5)之间，直径0.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在测量装置头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为30°；

所述主流道温度感受孔(8)位于主流道压力感受孔(7)中孔(13)下方，圆心与主流道压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.6毫米，直径0.5毫米；

所述头部(1)圆柱体(11)的直径2.5毫米，长度20毫米；

测量方法包含对一种用于精准测量涡轮级效率的装置进行标定，在已知来流马赫数、速度、温度的标准风洞中，使来流流过测量装置；记录测量装置迎风面表面多排压力感受孔每排的3个压力感受孔的压力，记录测量装置温度传感器温度，将相邻的一排压力感受孔和温度感受孔视为一组测量点；

定义左孔(12)测量压力为P1，中孔(13)测量压力为P2，右孔(14)测量压力为P3，温度传感器测量温度为Tp，来流总压为Pt，来流静压为Ps，来流总温Tt，来流静温Ts，由此可以得到不同来流马赫数下的总压系数，静压系数，偏转角系数、总温恢复系数；

总压系数：

静压系数：

偏转角系数：

总温恢复系数：

由此可以得到本发明装置在不同马赫数下、不同偏转角下的总压系数、静压系数、偏转角系数和总温恢复系数的校准曲线；

被测涡轮级进口测量点布置方案是，选择被测涡轮级进口前距离静子叶片前缘1倍叶片弦长的截面为进口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置4组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置7个测量位置，同时使用多个测量装置，它们各自分布在若干个静子叶栅栅距的扇形测量区，使每个测量扇形测量区内至多存在一个周向测量位置，并且当把这些不同扇形测量区内的周向测量位置以涡轮轴线为旋转中心旋转整数倍单个静子叶栅栅距对应的角度至同一个扇形测量区内后，仍能保证在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏；

被测涡轮级出口测量点布置方案是，选择被测涡轮级出口后距离转子叶片尾缘0.2倍叶片弦长的截面处为出口测试截面，根据涡轮级单个静子叶栅栅距将测试截面划分为若干扇形测量区；在单个本发明的测试装置上布置5组测量点，在靠近轮毂、机匣处密集，保证测得附面层内的参数；周向布置7个测量位置，同时使用多个测量装置，它们各自分布在若干个静子叶栅栅距的扇形测量区，使每个测量扇形测量区内至多存在一个周向测量位置，并且当把这些不同扇形测量区内的周向测量位置以涡轮轴线为旋转中心旋转整数倍单个静子叶栅栅距对应的角度至同一个扇形测量区内后，仍能保证在靠近叶片处密集，保证测得尾迹内的参数，在通道中部稀疏；

进一步，进行试验测量，将测量装置安装在涡轮级进、出口测量截面各自的测量位置，调整被测涡轮部件进入试验状态，直接记录所有测量装置的每组测量点的压力感受孔数据和温度传感器数据；

进一步，依据每组测量点三个压力感受孔的数据和温度传感器的数据，求出偏转角系数，再结合已经标定出的系数曲线，插值求出各个测点偏转角、总压、静压以及马赫数；并利用如下公式求得来流速度和密度：

c2＝γRTs

Ps＝ρRTs

其中，pt和ps是流场总压和静压，γ是流场的绝热指数，Tt和Ts是流场总温和静温，Ma是流场马赫数，v是流场速度，c是流场当地声速，R是气体常数，ρ是气体密度；

进一步，利用质量加权的方法，求得高压涡轮第一级进口总温进口总压出口总温出口总压参数平均值，公式如下：

其中，是测量参数的质量加权平均值，vi是第i个测量点点的速度值，Ai是第i个测量点对应的面积值，αi是第i个测量点的偏转角，Xi是第i个测量点的参数值，j是测量点总数量；

进一步，利用如下公式计算被测涡轮级效率：

式中：η是涡轮级效率，和是高压涡轮第一级进口的总温和总压，和是高压涡轮第一级出口的总温和总压，γ是流经涡轮气体的比热比。