[發明專利]脈沖風洞熱流測量系統、方法及其標定系統、方法

無效

• 申請號: 201310676064.9
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103616156A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 韓曙光;畢志獻;伍超華;宮建;文帥
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01N21/84
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;張向琨

技術領域

本發明涉及風洞熱流測量技術領域，特別涉及一種基于單色溫敏涂層的脈沖風洞熱流測量系統、方法及其標定系統、標定方法。

背景技術

風洞熱流測量試驗是高超聲速飛行器熱防護設計中的重要研究手段。脈沖風洞相比于常規高超風洞可以獲得更高的來流馬赫數和雷諾數，但其缺點是有效試驗時間較短（通常為5-50毫秒），在有效試驗時間內獲得豐富而準確的熱流數據是脈沖風洞測熱試驗面臨的一個難題。

傳統的脈沖風洞熱流測量是通過在模型表面布置熱流傳感器實現，熱流傳感器的原理是利用金屬的熱電效應（金屬材料受熱之后電阻發生改變）將“熱信號”轉換為“電信號”實現熱流的測量。其局限性在于：

1、由于熱流傳感器本身具有一定體積和長度（柱狀、片狀等），在實際操作中必須考慮在模型表面安裝的空間問題，而在模型較薄或狹窄的部位，較難實現傳感器的安裝和引線。

2、傳感器之間需間隔一定的距離以保證測量精度。

可見，以上兩點缺陷使熱流傳感器無法實現模型全表面熱流數據的測量。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種基于單色溫敏涂層的脈沖風洞熱流測量系統、方法，以解決目前的熱流傳感器無法實現模型全表面熱流數據的測量。

本發明的另一目的在于提供一種上述脈沖風洞熱流測量系統、方法的標定系統、方法，以對其標定。

為了實現上述目的，本發明提供的脈沖風洞熱流測量系統的技術方案為：

一種脈沖風洞熱流測量系統，其包括：模型，表面涂有單色溫敏材料形成涂層，應用時安裝在風洞試驗段內；燈，用于照射在模型表面，持續為所述涂層提供激發能量，使所述涂層向外輻射可見光；相機，位于所述模型的一側，用于連續采集所述模型的圖像、記錄所述模型表面光強變化；工作站，與所述相機通信連接，用于存儲所述模型表面光強變化，并根據光強變化率與溫升之間的關系，將記錄的光強變化換算到溫度變化，進而計算出熱流。

優選地，在上述測量系統中，所述燈為紫外燈，且其發出的紫外線中心波長為365nm。

優選地，在上述測量系統中，所述涂層的厚度為10-20μm。

優選地，在上述測量系統中，所述相機為高速CCD相機。

為了實現上述目的，本發明提供的脈沖風洞熱流測量方法的技術方案為：

一種脈沖風洞熱流測量方法，其包括以下步驟：在模型表面噴涂單色溫敏材料，形成涂層，安裝于風洞試驗段內；使用光線照射模型表面，為所述涂層提供激發能量使所述涂層輻射單色可見光；采集模型表明圖像，并記錄模型表面在試驗過程中的光強變化；根據光強變化率與溫升的關系，反推出模型表面溫度的變化，進而計算出吹風過程中模型表面熱流的大小。

優選地，在上述測量方法中，所述光線為紫外線，且其中心波長為365nm。

優選地，在上述測量方法中，所述模型表面的涂層的厚度為10-20μm。

優選地，在上述測量方法中，根據光強變化率與溫升的關系計算模型表面熱流大小時，光強變化率的計算公式為下述公式1，光強變化率與溫升的關系為下述公式2：

ΔIiI0=Ii-I0I0---(1)]]>

其中，I₀為初始溫度下光強值，I_i為某一溫度下光強值，ΔI_i為光強變化率；