[發明專利]一種低溫溫敏漆轉捩測量試驗方法

有效

• 申請號: 202210382777.3
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114459728B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 黃輝;熊健;王紅彪;李國帥;劉祥
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/04;G01K13/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 張忠慶

本發明公開了一種低溫溫敏漆轉捩測量試驗方法，屬于航空航天空氣動力學風洞試驗及圖像數據處理技術領域，包括：準備模型；準備光學測量設備；準備洞體；啟動風洞進行試驗；完成背景圖像、基準圖像、有風圖像序列采集；采集完成后，根據需要重復采集試驗圖像或使風洞進入待命狀態；根據不同總溫點的基準圖像，計算得到校準曲線；將有風圖像和基準圖像扣除背景圖像，將有風圖像配準到基準圖像，將有風圖像和基準圖像求比，得到比值圖像，最后根據校準文件計算得到溫度分布圖像；判別轉捩區域。本發明為低溫溫敏漆轉捩測量試驗提供了規范的試驗流程和數據處理方法，根據本發明提供的方法可得到模型表面的轉捩區域，具有很高的試驗效率。

技術領域

本發明屬于航空航天空氣動力學風洞試驗及圖像數據處理技術領域，更具體地說，本發明涉及一種低溫溫敏漆轉捩測量試驗方法。

背景技術

邊界層轉捩是指邊界層流動從層流狀態發展到湍流狀態的過程，是一個多因素耦合的強非線性復雜流動物理過程。邊界層轉捩位置對飛行器的摩阻、表面流態及飛行性能有很大的影響，轉捩位置的確定是飛行器設計的關鍵技術之一。氣流轉捩前層流區熱導率小于轉捩后湍流區熱導率，由于熱導率的差異，層流區與湍流區之間會產生溫差。假設試驗前模型表面溫度均勻一致，由于層流區熱導率小于湍流區熱導率，當模型表面溫度高于氣流溫度，層流區溫度高于湍流區溫度；當模型表面溫度低于氣流溫度，層流區溫度低于湍流區溫度。

溫敏漆（Temperature Sensitive Paint, TSP）由面漆和底漆兩部分組成。面漆是含溫敏探針分子的工作層，噴涂于底漆表面，低溫環境使用釕基（工作溫度區間為110K~220K）和銪基（工作溫度區間為220K~320K）兩種探針分子；底漆主要成分為環氧樹脂和二氧化鈦，噴涂于模型表面，起到提高模型表面粘結性、增強探針分子發光強度及熱隔離的作用。探針分子受到一定波長的光激發后，會發射出特定波長的熒光，探針分子的發光量子效率隨溫度升高而降低，這種與溫度相關的效應就是熱猝滅，是TSP的主要工作原理。低溫溫敏漆是指工作溫度小于等于230K的溫敏漆。

由基于溫度分布的轉捩測量原理可知，氣流與模型溫差越大，層流區與湍流區溫度梯度越顯著。在暫沖式風洞中，氣流總溫不可控，試驗前一般采用加熱模型的方式，提高試驗過程中層流區與湍流區的溫度梯度。由于連續式的低溫風洞在運行過程中無法打開駐室，這種直接加熱模型的方式不再適用。本發明提供了一種低溫風洞轉捩測量試驗方法，包括試驗流程和數據處理方法。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種低溫溫敏漆轉捩測量試驗方法，其使用的溫敏漆工作溫度小于等于230K，低溫溫敏漆轉捩測量試驗方法包括以下步驟：

步驟一、準備模型，對模型進行清潔，溫敏漆涂料噴涂和固化，對涂料表面進行打磨處理；

步驟二、準備光學測量設備；

步驟三、準備洞體，對光學測量設備光路上的洞體進行消光處理，完成氣體置換；

步驟四、啟動風洞，采用定總溫、變馬赫數和模型姿態的方式進行試驗；

步驟五、采集試驗圖像，分別完成背景圖像、基準圖像、有風圖像序列采集；

步驟六、采集完成后，如還有未試驗的工況，則控制總溫、馬赫數和模型姿態調整到下一工況，重復步驟五；如需進行數據分析，則風洞進入待命狀態，此時風洞壓縮機低轉速運行，控制總溫上升或下降；

步驟七、在線校準計算，根據不同總溫點的基準圖像，計算得到校準曲線；

步驟八、溫度分布計算，將有風圖像和基準圖像扣除背景圖像，將有風圖像配準到基準圖像，將有風圖像和基準圖像求比，得到比值圖像，最后根據校準文件計算得到溫度分布圖像；