[发明专利]一种金属模型表面流态快速测量方法

说明书

本发明公开了一种金属模型表面流态快速测量方法，本发明在风洞试验中采用红外热像仪实时测量模型表面温度变化，通过模型表面温度的变化获得模型表面流态信息，实现了基于红外热图技术进行金属模型表面流态信息获取的目的，解决了在高超声速风洞试验中对模型表面流态快速测量的问题。

技术领域

本发明涉及一种金属模型表面流态快速测量方法，属于风洞试验测量领域。

背景技术

在高超声速风洞中，常常采用温敏涂层或红外热图技术等非接触测量方法进行模型表面温度的测量，进而获得模型表面的流态信息，其中温敏涂层方法试验准备时间和数据处理周期长，需要额外的光源，一次喷涂只能进行几次风洞试验，风洞试验过程要求严格；而常规红外热图技术采用非金属模型，一次风洞试验只能获得一个姿态角下的表面流态信息，以上方法无法在一次高超声速风洞试验中快速获得多姿态角下的模型表面流态信息。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种金属模型表面流态快速测量方法，通过对金属模型表面处理提高金属模型的表面发射率，通过风洞试验过程控制，实现在一次风洞试验中多个姿态角下模型表面流态信息的测量。

本发明的技术解决方案是：

一种金属模型表面流态快速测量方法，具体步骤如下：

(1)对金属模型表面进行处理，对模型表面喷黑色哑光漆或表面发黑处理；

(2)在高超声速风洞稳定流场建立前，金属模型置于风洞试验段中的流场外，模型表面温度均匀一致，红外热像仪置于风洞试验段外，待高超声速风洞稳定流场建立后，将模型快速插入稳定流场中，红外热像仪镜头透过红外观察窗正对置于流场中的金属模型；

(3)红外热像仪按照一定频率实时记录每个姿态角下金属模型表面温度信息，红外热像仪的采集频率F≥10f，其中f＝1/t，t为金属模型在一个姿态角下的稳定时间，t≥10△t，其中△t为金属模型由一个姿态角变化到另一个姿态角的时间；

(4)通过金属模型表面温度信息分析判断模型表面的流态，流态包括边界层流动状态、分离流动状态和干扰区流动状态。

红外热像仪的温度测量精度小于0.1K。

风洞试验中模型快速插入流场的时间小于1s。

步骤4中，基于对高超声速空气动力学的认识，并结合金属模型的结构表面结构特征，由金属模型表面温度信息判断模型表面的流态。

红外热像仪的采集频率为80Hz，测量温度区间为30-150℃。

姿态角变化顺序为0度、3度、5度和7度，每个姿态角下的稳定时间为1s。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明在风洞试验中采用红外热像仪实时测量模型表面温度变化，通过模型表面温度的变化获得模型表面流态信息，实现了基于红外热图技术进行金属模型表面流态信息获取的目的，解决了在高超声速风洞试验中对模型表面流态快速测量的问题；

(2)现有温敏涂层方法是基于对模型表面温敏涂层的特性进行测量，多次吹风试验后涂层会存在脱落现象影响测量精度；本方法对金属模型本身进行测量，对其表面处理要求较低，可以采用金属模型，可以满足多次风洞试验测量的目的，无需反复进行表面处理；

(3)本发明对模型表面处理的方法不唯一，既可采用喷涂黑漆的方法，也可采用表面发黑处理的方法。

附图说明

图1为本发明风洞试验布置示意图；

图2为本发明模型姿态角变化历程示意图；

图3为本发明风洞试验流程图；