[发明专利]一种校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置及方法

权利要求书

1.一种校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置，其特征在于，包括：斜楔、拉瓦尔喷管、光源、支架、高速相机、等直管道、可拆卸的下壁板、高频动态压力传感器、动态压力采集系统、旋转凸轮；

斜楔安装在等直管道的上壁面，位于拉瓦尔喷管的出口处，等直管道与拉瓦尔喷管相连，形成超声速流区，斜楔、等直管道及拉瓦尔喷管三者共同组成流场管道模型，斜楔用以产生入射激波；所述旋转凸轮安装在等直管道的下游，通过电机来驱动其旋转，旋转凸轮旋转产生小扰动并向上游传递小扰动；流场管道模型从支架中间位置穿过；光源固定在支架上，且位于试验区域正上方，光源产生垂直于等直管道下壁面的平行光；高速相机放置在流场管道模型正上方上游位置，实现从顺流方向斜上方对等直管道下壁面的拍摄；高频动态压力传感器安装于等直管道上、下壁面，连接动态压力采集系统；所述动态压力采集系统用于采集压力信号；所述可拆卸的下壁板安装在等直管道下壁面；

所述可拆卸下壁板沿中轴线划分，右半部分喷涂剪切敏感液晶涂层，左半部分等距分布大小相同的八个测压孔。

2.根据权利要求1所述的校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置，其特征在于，所述拉瓦尔喷管出口处的超声速气流在斜楔前缘产生入射激波并延伸至等直管道下壁面，与湍流边界层相互作用从而产生对称的流动分离与再附结构。

3.根据权利要求1所述的校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置，其特征在于，所述等直管道上壁面、侧壁面均采用光学玻璃材质，下壁面使用镀钛亮黑色金属材料。

4.根据权利要求1所述的校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置，其特征在于，所述等直管道下壁面设有一矩形的缺口，用于安装可拆卸的下壁板，并通过螺丝连接。

5.根据权利要求1所述的校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置，其特征在于，所述等直管道下壁面与可拆卸的下壁板保持一个平面且为过盈配合。

6.根据权利要求1所述的校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置，其特征在于，所述旋转凸轮是椭圆凸轮，其椭圆长轴和短轴尺寸根据等直管道的截面积确定；旋转凸轮旋转时，沿流向不同截面形状在内流道中形成不同的流动阻塞，造成下游压力脉动发生相应的变化，产生类正弦形式的压力扰动；由于椭圆凸轮每旋转一周，对内流道的流动阻塞变化两个周期，故下游压力扰动的频率是凸轮旋转频率的两倍。

7.一种校准剪切敏感液晶涂层响应频率的方法，基于权利要求1-6中任意一项所述的装置，包括步骤如下：

步骤1：调整支架位置，使光源位于等直管道中试验区域的正上方；

步骤2：将剪切敏感液晶涂层喷涂于等直管道下壁面右半部分；

步骤3：进行风洞试验，测量激波边界层干扰区内的壁面摩擦阻力变化；测量干扰区内的壁面压力变化；

步骤4：将试验测得的壁面摩擦阻力变化与壁面压力变化进行相关性分析，通过壁面压力变化校准剪切敏感液晶涂层测量的响应频率。

8.根据权利要求7所述的校准剪切敏感液晶涂层响应频率的方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：将剪切敏感液晶涂层溶液通过喷枪均匀地喷涂于可拆卸的下壁板后，将可拆卸的下壁板用螺钉固定在等直管道内，保证可拆卸的下壁板与拉瓦尔喷管的出口表面平整光滑连接。

9.根据权利要求7所述的校准剪切敏感液晶涂层响应频率的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：当旋转凸轮以某一固定频率做周期性旋转运动时，试验区域内激波串会以相应的频率振荡，导致动态压力传感器所测压力以相应的频率产生周期性变化；当旋转凸轮周期性旋转运动频率发生变化时，动态压力传感器所测压力的频率随之变化。