[发明专利]一种大尺寸薄壁模型表面边界层转捩信息测量方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸薄壁模型表面边界层转捩信息测量方法，薄壁模型采用高强度的金属加工，模型表面测量区域外形尺寸按照负公差加工，模型表面喷涂高发射率的隔热涂层，在长时间运行的高超声速风洞中，待流场建立并稳定后，将模型快速插入流场中，采用红外热像仪实时观测模型表面温度分布，通过温度分布判断模型表面边界层转捩位置与形态，该方法解决了大尺寸薄壁模型表面边界层转捩信息测量难题，具有操作简单，试验高效的优点。

技术领域

本发明涉及一种大尺寸薄壁模型表面边界层转捩信息测量方法，属于风洞试验测量领域。

背景技术

在高超声速风洞中，一般采用温敏涂层技术、液晶摩阻测量技术或红外热图技术等非接触式面测量技术进行模型表面边界层转捩的显示与测量。其中温敏涂层技术或者液晶摩阻测量技术需要在模型表面喷涂敏感涂层材料，且试验过程复杂，试验效率低。红外热图技术无需敏感涂层，但是一般适用于发射率高导热系数低的非金属材料加工模型，但非金属材料的强度无法满足大尺寸薄壁模型的试验要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种大尺寸薄壁模型表面边界层转捩信息测量方法，解决大尺寸薄壁模型表面边界层转捩测量难题。

本发明的技术解决方案是：

一种大尺寸薄壁模型表面边界层转捩信息测量方法，包括

薄壁模型采用高强度金属制成，模型表面测量区域外形尺寸按照负公差加工；

在模型表面测量区域，即负公差加工区域喷涂发射率大于0.9的隔热涂层，加工负公差数值与隔热涂层厚度相同，所述隔热涂层为非金属材料；

在长时间运行的高超声速风洞中，待风洞流场建立并稳定后，将模型快速插入流场中，采用红外热像仪实时测量模型表面温度分布，由温度分布确定边界层转捩位置与形态。

优选的，模型最小壁厚小于1mm，模型最大投影面积与平均壁厚的比值大于500mm。

优选的，薄壁模型加工用金属的强度不小于30CrMnSiA的强度，薄壁模型加工用金属的刚度不小于30CrMnSiA的刚度。

优选的，模型表面测量区域采用负公差加工，模型其他尺寸按照标准公差加工。

优选的，模型表面喷涂隔热涂层后的外形尺寸与理想外形一致。

优选的，试验前模型表面温度为室温，且温度分布均匀一致。

优选的，模型插入流场过程中，模型姿态角保持不变。

优选的，模型插入流场过程中，模型运行路径与红外热像仪观察路径平行。

优选的，红外热像仪的采集频率不小于100Hz。

优选的，红外热像仪完整记录模型插入流场过程中的表面温度分布变化。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用高强度的金属材料加工大尺寸薄壁模型，保证了模型的强度，满足风洞试验要求；

(2)本发明模型表面喷涂高发射率的隔热涂层，满足了模型表面温度分布的高精度测量需求；

(3)本发明模型测量区域外形尺寸按照负公差加工，模型表面涂层厚度与负公差数值基本一致，从而保证了模型外形尺寸精度。

(4)本发明在常规高超声速风洞，采用模型快速插入，红外热像仪实时测量模型表面温度分布的方法测量模型表面边界层转捩信息，该方法具有操作简单、试验效率高的优点。

附图说明

图1为本发明模型结构示意图；

图2为本发明风洞试验布置示意图。