[发明专利]一种低温温敏漆转捩测量试验方法

说明书

本发明公开了一种低温温敏漆转捩测量试验方法，属于航空航天空气动力学风洞试验及图像数据处理技术领域，包括：准备模型；准备光学测量设备；准备洞体；启动风洞进行试验；完成背景图像、基准图像、有风图像序列采集；采集完成后，根据需要重复采集试验图像或使风洞进入待命状态；根据不同总温点的基准图像，计算得到校准曲线；将有风图像和基准图像扣除背景图像，将有风图像配准到基准图像，将有风图像和基准图像求比，得到比值图像，最后根据校准文件计算得到温度分布图像；判别转捩区域。本发明为低温温敏漆转捩测量试验提供了规范的试验流程和数据处理方法，根据本发明提供的方法可得到模型表面的转捩区域，具有很高的试验效率。

技术领域

本发明属于航空航天空气动力学风洞试验及图像数据处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种低温温敏漆转捩测量试验方法。

背景技术

边界层转捩是指边界层流动从层流状态发展到湍流状态的过程，是一个多因素耦合的强非线性复杂流动物理过程。边界层转捩位置对飞行器的摩阻、表面流态及飞行性能有很大的影响，转捩位置的确定是飞行器设计的关键技术之一。气流转捩前层流区热导率小于转捩后湍流区热导率，由于热导率的差异，层流区与湍流区之间会产生温差。假设试验前模型表面温度均匀一致，由于层流区热导率小于湍流区热导率，当模型表面温度高于气流温度，层流区温度高于湍流区温度；当模型表面温度低于气流温度，层流区温度低于湍流区温度。

温敏漆（Temperature Sensitive Paint, TSP）由面漆和底漆两部分组成。面漆是含温敏探针分子的工作层，喷涂于底漆表面，低温环境使用钌基（工作温度区间为110K~220K）和铕基（工作温度区间为220K~320K）两种探针分子；底漆主要成分为环氧树脂和二氧化钛，喷涂于模型表面，起到提高模型表面粘结性、增强探针分子发光强度及热隔离的作用。探针分子受到一定波长的光激发后，会发射出特定波长的荧光，探针分子的发光量子效率随温度升高而降低，这种与温度相关的效应就是热猝灭，是TSP的主要工作原理。低温温敏漆是指工作温度小于等于230K的温敏漆。

由基于温度分布的转捩测量原理可知，气流与模型温差越大，层流区与湍流区温度梯度越显著。在暂冲式风洞中，气流总温不可控，试验前一般采用加热模型的方式，提高试验过程中层流区与湍流区的温度梯度。由于连续式的低温风洞在运行过程中无法打开驻室，这种直接加热模型的方式不再适用。本发明提供了一种低温风洞转捩测量试验方法，包括试验流程和数据处理方法。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种低温温敏漆转捩测量试验方法，其使用的温敏漆工作温度小于等于230K，低温温敏漆转捩测量试验方法包括以下步骤：

步骤一、准备模型，对模型进行清洁，温敏漆涂料喷涂和固化，对涂料表面进行打磨处理；

步骤二、准备光学测量设备；

步骤三、准备洞体，对光学测量设备光路上的洞体进行消光处理，完成气体置换；

步骤四、启动风洞，采用定总温、变马赫数和模型姿态的方式进行试验；

步骤五、采集试验图像，分别完成背景图像、基准图像、有风图像序列采集；

步骤六、采集完成后，如还有未试验的工况，则控制总温、马赫数和模型姿态调整到下一工况，重复步骤五；如需进行数据分析，则风洞进入待命状态，此时风洞压缩机低转速运行，控制总温上升或下降；

步骤七、在线校准计算，根据不同总温点的基准图像，计算得到校准曲线；

步骤八、温度分布计算，将有风图像和基准图像扣除背景图像，将有风图像配准到基准图像，将有风图像和基准图像求比，得到比值图像，最后根据校准文件计算得到温度分布图像；