[发明专利]一种后掠翼三维边界层摩擦阻力测量装置及测量方法

摘要

本发明公开了一种油膜干涉后掠翼三维边界层摩擦阻力测量装置及测量方法，该测量包括CCD摄像机、单色钠灯光源、稳压器、反光板、油滴涂抹工具、黑色麦拉膜、计算机及试验用风洞。CCD摄像机、单色钠灯光源、反光板设在风洞试验区域外，单色钠灯对准反光板。单色钠灯光源通过稳压器与外接电源相连。CCD摄像机的信号输出端与计算机对应接口相连。麦拉膜紧密贴合在模型试验段。按照曲率大小，将模型试验段分块，调节单色钠灯光源和反光板的照射区域，使之覆盖试验段全部区域；利用油滴涂抹工具，将硅油按模型展向和弦向等比例均匀点涂在模型试验件表面的观察区域。本发明能有效的测出三维边界层表面摩擦阻力分布，并且能减少大曲率模型测量时的误差，也能根据摩擦阻力的分布推断出后掠翼三维边界层不同展向的转捩位置。

主权项

1.一种油膜干涉后掠翼三维边界层摩擦阻力测量方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)试验前，将模型试验件安装在试验用风洞中，并将黑色麦拉膜紧密贴合在模型试验件表面；(2)安装，固定CCD摄像机、单色钠灯光源和反光板在风洞试验区域外的位置；(3)根据后掠翼表面曲率的分布特点，将模型试验件按照弦向位置分成若干个区域，使划分的各个测量区域表面的曲率近似为零；同时调节单色钠灯光源、反光板、CCD摄像机的摆放位置和角度，使对于划分后的测量区域里的油膜，入射光的入射角都为一个固定的值30°，然后固定单色钠灯光源、反光板、CCD摄像机的相对位置和角度，改变测量区域，最终获得全部测量区域内的油膜图像；(4)利用油滴涂抹工具，将硅油按模型展向和弦向等间距均匀点涂在模型试验件表面的测量区域，油滴形状应尽量为圆形，直径为油滴间距的七分之一，使油滴能覆盖模型试验件表面的全部测量区域，并且通过展向和弦向的等间距布置，便于分析展向和弦向的摩擦阻力变化趋势，进一步分析转捩的三维特性；(5)涂抹完成后，启动风洞控制系统，开始吹风试验，液滴状的硅油在风洞来流剪切力的作用下，在模型试验件表面连续移动，逐渐被吹成楔形，在单色钠灯光源的照射下，利用CCD摄像机可以记录下明暗相间的干涉条纹，并将摄取的信息送给计算机存储起来，记录二级条纹出现后的帧数时刻以及条纹移动明显时的帧数时刻；(6)根据已知的油膜干涉条纹光学流动算法公式，计算表面摩擦阻力系数C_f：式中n0表示硅油的折射率，θ表示折射角，Δx表示N级条纹移动的总距离，N代表计算用的条纹级数，λ表示试验中选用的单色钠灯的波长，q∞(t)表示不同时刻的来流动压，μ(t)表示试验所用硅油不同时刻的粘性，t1和t2分别代表油膜图案拍摄的二级条纹出现后的帧数时刻和条纹移动明显时的帧数时刻；(7)综合所测得的模型表面全部的摩擦阻力系数分布，进一步分析出模型表面三维边界层各个展向和弦向的摩擦阻力系数分布；同时通过湍流边界层摩擦阻力系数明显大于层流边界层的特点，判断出模型表面各个展向截面的转捩位置，分析各个展向转捩位置的差异。