[发明专利]一种基于压敏/温敏漆的真空羽流气动力热全场测量系统

权利要求书

1.一种基于压敏/温敏漆的真空羽流气动力热全场测量系统，用于测量气动模型在发动机喷射的真空羽流作用下的气动力及气动热，其特征在于：所述测量系统包括真空舱(2)、气动模型(3)、发动机(1)、压敏/温敏漆层、激发光组件、发射光通道和图像采集与分析模块；所述气动模型、发动机设于真空舱内；所述压敏/温敏漆层为包含压敏发光分子和温敏发光分子并喷涂覆于气动模型待测表面的漆层；所述激发光组件包括在出光方向上顺序设置的激光光源(7)、低通滤光片(6)和光导(5)；所述发射光通道包括在发射光观察方向上顺序设置的观察窗(8)、分束镜(9)、带通滤光片(10)和(12)；所述图像采集与分析模块包括相机(11)和(13)、计算机(14)；当进行测量时，所述激发光组件激发压敏/温敏漆层使之发光，所述压敏/温敏漆层受激而发出的发射光经所述发射光通道分为压敏光束和温敏光束后，由相机(11)和(13)分别采集，并传送至计算机(14)进行分析；所述计算机(14)根据发动机工作前后压敏/温敏漆层的发光状态差异，同时获取气动模型表面的压力分布和温度分布；

所述测量系统的工作方法依次包括以下步骤；

A1、首先将真空舱抽真空至指定真空度，记录舱内背景压力p_ref及气动模型温度T_ref；

A2、开启相机预热，确保发动机处于关闭状态，开启激光光源照射气动模型；

A3、待激光光源的光强稳定后，相机分别记录气动模型上喷涂的压敏发光分子和温敏发光分子在无风工况时所发出的两种波长的光强分布I_p,ref及I_T,ref；

A4、启动发动机产生真空羽流，相机分别记录气动模型上喷涂的压敏发光分子和温敏发光分子在吹风工况时发出的两种波长的光强分布I_p及I_T；

A5、通过计算机进行数据处理，根据校准公式和由吹风工况下的光强分布I_p和I_T求出模型表面的压力分布p和温度分布T；其中，A_p、B_p、γ_p及A_T、B_T、γ_T为校准系数，由校准实验获得。

2.根据权利要求1所述的一种基于压敏/温敏漆的真空羽流气动力热全场测量系统，其特征在于：所述压敏/温敏漆层的压敏发光分子和温敏发光分子具有相近的激发波长和可明显区分的发射波长；所述低通滤光片的工作波长与压敏/温敏漆层的激发波长匹配；所述发射光通道的带通滤光片包括两种具备不同工作波长的带通滤光片；发射光通道两种带通滤光片的工作波长分别与压敏发光分子和温敏发光分子的发光波长匹配；两种不同工作波长的带通滤光片分别位于分束镜的两个出光面处。

3.根据权利要求1所述的一种基于压敏/温敏漆的真空羽流气动力热全场测量系统，其特征在于：所述光导的始端与低通滤光片相邻；光导经穿舱法兰(4)穿入真空舱内，光导末端的出光面朝向压敏/温敏漆层；当发动机工作时，光导的舱内部分位于发动机羽流的主要流场以外。

4.根据权利要求1所述的一种基于压敏/温敏漆的真空羽流气动力热全场测量系统，其特征在于：所述发动机工作时以常温气体或高温燃烧产生羽流，其羽流中含有对压敏/温敏漆具有猝灭效应气体中的一种或几种；所述对压敏/温敏漆具有猝灭效应的气体包括O₂、NO和NO₂。

5.根据权利要求4所述的一种基于压敏/温敏漆的真空羽流气动力热全场测量系统，其特征在于：当所述发动机工作时以高温燃烧产生羽流时，所述气动模型(3)、发动机(1)之间的距离使气动模型表面温度不超过压敏/温敏漆的最高工作温度。