本发明属于高温压力测试，涉及三维流场的稳态压力测量装置，具体涉及一种头部带有内凹四棱台结构的水冷稳态压力探针，适用于测量燃烧室出口三维流场中，俯仰角、偏转角、总压、静压和马赫数等三维流动参数的周向分布。
背景技术：
1、航空发动机推力的提高有赖于发动机燃烧室出口温度的提高，航空发动机涡轮前温度每提高100℃，最大输出功率将提升约14％～19％，燃气循环利用效率将提升4％～8％。为了追求这一目标，航空发动机燃烧室出口温度可达到2000k以上，然而制造探针壳体的常用材料，例如304不锈钢的熔点大约为800k-1000k，无法承受航空发动机燃烧室出口的高温，并且常规“l”型探针头部无法伸入较为狭小的空间，常规的探针头部也会对各流场参数的测量造成干扰。这对于测量航空发动机燃烧室出口流场的压力、马赫数等参数造成了极大困难。
2、现有探针头部(发明专利：一种动态五孔探针，201710342115.2)的“l”型结构虽然可以降低探针头部对测量的影响，但是“l”型伸出部分较长，对于测试部件的密封工作造成了极大的困难，并且该探针由于没有设计相应有效的热防护结构，因此探针壳体在测量过程中极易损坏，严重影响实验的进行。此外，现有的具备水冷结构的探针(发明专利：一种水冷探针，2017207630951)能够实现一定的热防护效果，但仍存在工作温度不够高、体积较大、无法测量三维流场参数等问题。
3、因此，亟需发展一种三维、高精度、在高温环境下能稳定可靠工作的压力探针，能同时对探针支杆和探针头部具有良好冷却效果，以满足燃烧室、涡轮等气流流动复杂的高温环境下的压力测试需求，实现高温下流场的俯仰角、偏转角、总压、静压、马赫数等参数的稳态测量，为高性能的先进航空发动机的设计提供优良的实验数据支撑。
4、本发明，一种头部带有内凹四棱台结构的水冷稳态压力探针能使探针头部和支杆得到有效的冷却，进而可以进行高温下流场的稳态压力测量，同时该探针还可以伸入较为狭小的空间内进行流场参数的测量，并且探针头部对流场参数测量的干扰也较小。该水冷稳态压力探针经校准风洞标定后可以进行高温下流场的俯仰角、偏转角、总压、静压、马赫数等参数的稳态测量。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是测量燃烧室出口三维流场参数时，周围环境温度过高，进而会对探针造成破坏，因此需要采取一种冷却措施，降低探针整体温度。
2、本发明提供了一种头部带有内凹陷四棱台结构、支杆内部带有特殊冷却结构的水冷稳态压力五孔探针，在测量时将冷却水通入探针进水管道的进水口，流经探针内部后，通过探针尾部的排水口排出。与现有探针相比，采用内凹四棱台的探针头部可以有效减小探针头部体积，使得探针能够在更狭小的空间进行测量，同时内凹四棱台侧壁面的测压通道较为分散，利于探针内部冷却水与测压通道壁面进行热交换，使得该探针具有更强的耐高温性，以便于对航空发动机燃烧室出口三维流场进行测量。
3、本发明的解决方案是：
4、1.一种头部带有内凹四棱台结构的水冷稳态压力探针，其特征在于：包括探针头部(1)，探针支杆(2)，中、左、右、上、下五个测压通道(3)、(4)、(5)、(6)、(7)，三个进水管道(8)、(9)、(10)，四个排水口(11)、(12)、(13)、(14)。在内凹四棱台的上底面开有中测压孔，在内凹四棱台侧面开有左、右、上、下四个测压孔，分别对应着五个测压通道(3)、(4)、(5)、(6)、(7)，各测压通道的中心线分别与该通道所在侧面或上底面垂直；
5、2.进一步，所述探针头部(1)除内凹部分外，由共底面的半球体与圆柱体构成，其直径为4毫米～16毫米，总长度为8毫米～50毫米，所述探针支杆(2)为圆柱体外形，其直径为8毫米～32毫米，长度为200毫米～500毫米；
6、3.进一步，探针头部(1)的凹陷面为四棱台的上底面及其四个侧面，该四棱台侧面与上底面夹角为100°～160°，上底面是边长为1毫米～4毫米的正方形，该四棱台的上底面中心线与探针头部(1)圆柱体中轴线垂直相交，且内凹四棱台上底面距离探针头部(1)圆柱体中轴线0毫米～6毫米。在凹陷的四棱台侧面与探针头部(1)壳体相连接处采用双扭线过渡，以减小气流的分离；
7、4.进一步，所述探针内部的进水系统由三个进水管道组成。进水通道(8)、(9)、(10)呈周向均匀分布，其直径为2毫米～4毫米，其中轴线与探针整体中轴线距离为4毫米～7毫米。进水通道(8)与进水通道(9)是对称的，这两个进水通道的出水口倾斜面的最低点与探针头部(1)最高处距离均为8毫米～16毫米，并且这两个进水通道出水口倾斜面与内凹四棱台上底面所夹锐角均为50°～70°。进水管道(10)位于内凹四棱台正下方，该进水通道倾斜面最高点与下测压通道(7)所在内凹四棱台侧面的最低点距离为2.5毫米～4毫米，并且该进水通道出水口倾斜面与内凹四棱台上底面所夹锐角为50°～70°；
8、5.进一步，探针底部的周向均匀布置有四个排水口(11)、(12)、(13)、(14)，各排水口直径为2毫米～5毫米，各排水口圆心距离探针支杆(2)中轴线3毫米～8毫米。
9、本发明，一种头部带有内凹四棱台结构的水冷稳态压力探针，经过校准风洞标定，可以获得标定数据，实际测量航空发动机燃烧室出口三维流场时，该水冷稳态压力探针头部压力感受孔(中)正对来流方向，并利用位移机构对该探针梳的俯仰角、偏转角进行调整，在不同俯仰角、偏转角下分别对不同工况下的流场进行测量；利用获得的校准风洞标定数据进行数据处理，可以获得航空发动机燃烧室出口三维流场中俯仰角、偏转角、总压、静压、马赫数等三维流动参数。
10、本发明，一种头部带有内凹四棱台结构的水冷稳态压力探针具有以下有益效果：
11、有益效果一：能够大幅度降低探针壳体温度，可以用于对航空发动机燃烧室出口三维流场的测量。由于带有水冷结构，在注入冷却水后，探针整体的冷却效果得到提升，使得探针在处于2000k高温环境时，探针壳体温度能够降低至800k以下。发明经过校准风洞标定后，可以用于测量航空发动机燃烧室出口三维流场的总压、静压、俯仰角、偏转角、马赫数等参数，为改进航空发动机燃烧室性能提供了实测数据。
12、有益效果二：减小了在测试时对探针支杆与测量窗口的密封工作难度。与原有“l”型稳态五孔压力探针相比，该探针能够在空间较为狭小的环境下进行测试，减小了在测试时对探针支杆与测量窗口的密封工作难度。
13、有益效果三：减小探针头部对流场参数测量造成的干扰。探针头部由共底面的半球体与圆柱体构成，可以有效的减小探针头部对流场参数测量造成的干扰。
14、有益效果四：探针具有更强的耐高温性及更长的使用寿命。五个测压管道在测压孔附近相隔较为分散，能够加强冷却水与测压管道的换热，使得探针整体具有更强的耐高温性。并且五个测压管道的中心线与各管道测压孔所在平面垂直，能够避免高温气流直接冲刷测压管道壳体壁面，减小测压管道壳体热应力，以延长探针的使用寿命。
15、有益效果五：冷却液通过三个进水口进入时，能够保证进水均匀，避免探针内部出现空腔，换热不足，进而导致局部烧蚀的情况发生。同时，进水管道出水口正对探针头部凹陷的位置，可以加强该位置的冲击冷却效果。
16、有益效果六：在距离小进水管道出水口某处设计了一体式加固结构，该加固结构可以有效的加固进水管与探针头部壳体，避免进水管道与探针头部壳体损坏。同时，该加固结构与探针头部壳体接触面积较大，可以有效的将探针头部外壳的热量通过热传导的方式传递至进水管道，而进水管道与冷却水的接触面积很大，因此可以较快的通过对流换热将热量传递给冷却水；
17、有益效果七：探针底部周向均匀布置有四个排水口，可以防止局部水压过大而造成的探针壳体应力集中。
1.一种头部带有内凹四棱台结构的水冷稳态压力探针，其特征在于：包括探针头部(1)，探针支杆(2)，中、左、右、上、下五个测压通道(3)、(4)、(5)、(6)、(7)，三个进水管道(8)、(9)、(10)，四个排水口(11)、(12)、(13)、(14)；其中，探针头部带有向内凹陷结构，其凹陷面为四棱台侧面及四棱台上底面，凹陷面“十”字型均匀布置有五个测压孔，分别对应于中、左、右、上、下五个测压通道(3)、(4)、(5)、(6)、(7)；在凹陷的四棱台侧面与探针头部壳体相连接处采用双扭线过渡，以减小气流的分离；中测压通道(3)孔口的中心线与四棱台的中轴线重合，其余测压通道(4)、(5)、(6)、(7)的中心线分别与测压通道所在的内凹四棱台侧面垂直；
