[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

说明书

本发明公开了一种校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置及方法，装置包括：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；本发明在对称流场结构中一半进行剪切敏感液晶涂层试验，一半进行测压试验，规避了剪切敏感液晶涂层吹风后流入测压孔对壁面测压的影响；等直管道下壁面采用可拆卸亮黑色金属板，便于拆卸进行重复试验，亮黑色底板使剪切敏感液晶涂层颜色变化更为明显，提高了剪切敏感液晶涂层颜色显色效果。

技术领域

本发明属于空气动力学领域，具体指代一种通过高频动态压力传感器来校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置及方法。

背景技术

剪切敏感液晶涂层具有对剪切应力敏感的光学特性，剪切敏感液晶涂层的显色不但与受到的应力大小有关，而且与应力方向有关。在白色光源垂直照射下，利用相机拍摄剪切敏感液晶涂层所反射的空间光谱图像，可以获得壁面摩擦力的分布。

基于剪切敏感液晶涂层技术开展了大量试验研究，通过剪切敏感图像光谱Hue色相值转化，实现了剪切敏感图像信息的定量分析。剪切敏感液晶涂层技术可用于复杂流场的显示，实现对边界层流动特征的辨识，可以清晰地捕捉边界层分离、再附及转捩等流动现象。通过对油流、摩阻天平等试验方法的对比，表明剪切敏感液晶涂层能够应用到摩阻分布显示和定量测量上，剪切敏感液晶涂层测量结果与其他测量结果吻合度高，试验精准度高，可为摩阻预测和边界层转捩研究提供参考。

现有的研究考虑了剪切敏感液晶涂层在对流场变化做出反馈后的显示结果，在显示测量的精度方面做出了突破，但剪切敏感液晶涂层对流场变化的响应方面的研究少有涉及。本发明着重于研究剪切敏感液晶涂层的响应频率，分析剪切敏感结果对真实流场结构的反馈情况。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置及方法，以解决现有技术中校准剪敏液晶涂层响应频率困难的问题；本发明基于剪切敏感液晶涂层技术与动态压力测量技术，完成对剪切敏感液晶涂层响应频率的校准。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种校准剪切敏感液晶涂层响应频率的试验装置，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；其中，

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(尾部)，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。

优选地，所述拉瓦尔喷管出口处的超声速气流在斜楔前缘(即斜楔前面和斜楔边缘的共同组合成一个立体的面)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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，所述等直管道上壁面、下壁面均设有多个测压孔，其沿直线分布于等直管道中轴线偏左2mm处，各测压孔等距分布。