[发明专利]基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置

说明书

本发明公开了一种基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置。该标定装置包括以位于前端的连接激发枪的非电导爆管生成激波驱动的激波管；分别安装在激波管后段两侧的对称的光学视窗；喷涂在激波管内部尾端面上的压敏漆涂层；位于一个光学视窗外侧，与压敏漆入射波长相匹配的激发光源；位于另一个光学视窗外侧，用于记录压敏漆涂层发光强度变化的光电倍增管；位于激波管尾端，用于记录激波管尾端面的压力阶跃变化过程的动态压力传感器；以及连接动态压力传感器和光电倍增管的示波器。该标定装置结构简单、性能稳定、安全可靠实用性强，能够大幅降低压敏漆响应时间标定的实验成本，提高实验效率。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置。

背景技术

传统的飞行器风洞试验非定常压力分布测量方法是在试验模型表面的测量点安装动态压力传感器，该方法只能得到试验模型表面离散点的压力，而且测量点的选择还受制于试验模型的结构布局，有些位置根本没有能够安装动态压力传感器的空间。同时，试验模型设计制造、试验准备等环节也相对复杂。

压敏漆(Pressure Sensitive Paint，PSP)光学测量技术是二十世纪八十年代后发展起来，并应用于风洞模型表面压力测量的非接触测量技术。它是利用光激发光材料对压力敏感的光物理特性来进行实验模型表面的压力测量。快速响应PSP测量技术是在稳态PSP测量技术基础上发展起来的非接触动态压力分布测量技术，与传统的离散点动态压力传感器测量方法相比，该技术具有空间分辩高、测量不受模型结构限制等优点。目前，美国、俄罗斯、欧洲等航空航天大国纷纷发展快速响应PSP测量技术，实现了试验模型表面大面积非定常压力分布测量，为先进飞行器的结构强度优化设计提供了动态载荷试验数据，同时也为飞行器与航空发动机复杂非定常流动机理研究与试验验证提供了技术支撑。

响应时间快是快速响应压敏漆的主要特性之一。为了提高压敏漆的响应时间，国外发展了基于阳极氧化铝的AA-PSP以及基于多孔介质的PC-PSP等快速响应PSP涂料配方。目前，快速响应PSP的响应时间可以达到10μs左右。

如何准确测定压敏漆涂料配方的响应时间是研发快速响应PSP以及开展快速响应PSP试验的基础和关键点。根据公开发表的文献来看，激波管是目前PSP技术领域进行涂料响应时间标定的主要装置，其工作过程为：利用激波管产生的激波提供一个瞬时的压力阶跃，激波的压力阶跃可在1μs内完成；压敏漆样片安装在激波管侧壁或者尾部端面位置；在激发光源照射下，由于压力阶跃导致压敏漆涂层的发光强度随时间变化，压力阶跃变化过程被Kulite动态压力传感器记录下来，压敏漆涂层的发光强度随时间变化过程被光电倍增管(Photomultiplier，PMT)记录下来；对比压敏漆涂层的发光强度随时间变化曲线与Kulite动态压力传感器测量的压力变化曲线，可以计算获得PSP对压力阶跃变化的响应时间。通常情况下，压敏漆涂层的发光强度值达到压力阶跃后涂料稳定发光强度99％的时间即压敏漆的响应时间。

常规的激波管一般由高压气体驱动，在结构上分为两个部分：高压段与低压段。高压段与低压段被一个快速阀或者薄膜片隔开，当打开快速阀或者高压段与低压段压差足以使膜片破裂时，高压气体向低压段运动，产生一道激波，在激波位置前后，压力存在一个明显的阶跃变化。常规的高压气体驱动型激波管结构上较为复杂，需要提供高压气源以及快速阀等配套装置，建设与维护成本较为高昂。

当前，亟需发展一种基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置。