基于快速响应PSP技术的跨声速脉动压力实验研究
发布时间：2021-06-14 04:52
利用快速响应压敏涂料（PSP）技术对弹箭类飞行器跨声速段的脉动压力特性开展风洞实验研究,获得了Ma=0.8～1.2范围内弹箭类飞行器全表面1.2s实验时间段内的脉动压力特性,较全面地研究了马赫数、攻角（舵偏角）对脉动压力分布特性的影响。实验结果表明,快速响应PSP技术的脉动压力测量结果与高精度脉动压力传感器结果较为吻合,均方根脉动压力系数的测量误差小于15%,精度要求满足工程设计使用,且快速响应PSP测量方式能够获得弹箭类飞行器全表面的脉动压力分布,有利于捕获压力峰值和辨识跨声速非定常流场结构,更好地指导脉动压力载荷设计,在弹箭类飞行器设计中有较高的工程应用价值。
【文章来源】：宇航总体技术. 2019,3(01)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１压敏涂料测量基本原理示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＰＳＰｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
同研制，该涂料以稳定性较强的ＰｔＴＦＰＰ（化学结构如图２所示）作为发光基团，由聚合物形成多孔性涂层结构，荧光探针分子包含在微孔中，能够增大空气接触面积，使得响应扩散率增加，从而降低了反应时间。以波长４００ｎｍ的紫外光为激发光源，快速响应ＰＳＰ涂料激发出的荧光发射波长约６００ｎｍ～７００ｎｍ，有氧空气环境（ａｉｒ）和无氧氮气环境（ｎｉｔｒｏｇｅｎ）下快速响应ＰＳＰ涂料的发射光中心波长和发射光强度如图３所示。图２ＰｔＴＦＰＰ的化学结构Ｆｉｇ．２ＣｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰｔＴＦＰＰ图３快速响应ＰＳＰ涂料的发射光谱Ｆｉｇ．３ＥｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅＰＳＰ快速响应压敏涂料的响应时间在毫秒甚至微秒量级，涂料的响应时间决定了风洞实验时非定常流场脉动压力的采集频率。在正式实验之前，需要通过静态标定实验确定涂料的基底光强、Ｓｔｅｒｎ－Ｖｏｌｍｅｒ关系系数、使用稳定性、温度依赖性，通过动态标定实验确定涂料的快速响应时间特性。静态标定装置如图４所示，压敏涂料样片放置在压力腔内，腔内压力和温度由真空泵和低温循环机控制。在不同压力和温度条件下，用风洞实验相同的光源照射，用相同的相机进行拍摄得到相应的图像组，对图像处理后得到光强－压力曲线。标定的温度范围从２５℃～５０℃，压力范围从１０ｋＰａ～１００ｋＰａ。基于ＰｔＴＦＰＰ发光基团的压敏涂料在不同温度条件的静态标定曲线如图５所示。１４????????????????
学院化学研究所共同研制，该涂料以稳定性较强的ＰｔＴＦＰＰ（化学结构如图２所示）作为发光基团，由聚合物形成多孔性涂层结构，荧光探针分子包含在微孔中，能够增大空气接触面积，使得响应扩散率增加，从而降低了反应时间。以波长４００ｎｍ的紫外光为激发光源，快速响应ＰＳＰ涂料激发出的荧光发射波长约６００ｎｍ～７００ｎｍ，有氧空气环境（ａｉｒ）和无氧氮气环境（ｎｉｔｒｏｇｅｎ）下快速响应ＰＳＰ涂料的发射光中心波长和发射光强度如图３所示。图２ＰｔＴＦＰＰ的化学结构Ｆｉｇ．２ＣｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰｔＴＦＰＰ图３快速响应ＰＳＰ涂料的发射光谱Ｆｉｇ．３ＥｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅＰＳＰ快速响应压敏涂料的响应时间在毫秒甚至微秒量级，涂料的响应时间决定了风洞实验时非定常流场脉动压力的采集频率。在正式实验之前，需要通过静态标定实验确定涂料的基底光强、Ｓｔｅｒｎ－Ｖｏｌｍｅｒ关系系数、使用稳定性、温度依赖性，通过动态标定实验确定涂料的快速响应时间特性。静态标定装置如图４所示，压敏涂料样片放置在压力腔内，腔内压力和温度由真空泵和低温循环机控制。在不同压力和温度条件下，用风洞实验相同的光源照射，用相同的相机进行拍摄得到相应的图像组，对图像处理后得到光强－压力曲线。标定的温度范围从２５℃～５０℃，压力范围从１０ｋＰａ～１００ｋＰａ。基于ＰｔＴＦＰＰ发光基团的压敏涂料在不同温度条件的静态标定曲线如图５所示。１４???????
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速1MHz高频脉动压力测试技术及其应用[J]. 纪锋,解少飞,沈清. 空气动力学学报. 2016(05)
[2]TSP转捩探测技术在民机风洞试验中的应用研究[J]. 尚金奎,衷洪杰,赵民,陈柳生,王鹏,王猛,张雪,李玉军. 空气动力学学报. 2016(03)
[3]快响应PSP技术用于高超声速圆柱绕流的非定常压力测量[J]. 向星居,熊红亮,袁明磊,于靖波,陈柳生,王智栋. 实验流体力学. 2015(03)
[4]双分量压敏涂料技术的应用研究[J]. 张永存,陈柳生,马晓光,陈雪原,阎莉,赵文涛,尚金奎,郭法春,邓学蓥,程厚梅. 空气动力学学报. 2010(05)
[5]压力敏感涂料内流场测量系统及涂料校准[J]. 郑立新,郝重阳,刘波,陈柳生,史燚,朱柱国. 实验流体力学. 2008(03)
[6]湍流壁面脉动压力场测量技术:传声器阵列[J]. 柯峰,刘应征,陈汉平. 空气动力学学报. 2007(03)
[7]压力敏感涂料技术及其应用[J]. 刘波,周强,靳军,马昌友. 航空动力学报. 2006(02)
本文编号：3229107
【文章来源】：宇航总体技术. 2019,3(01)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１压敏涂料测量基本原理示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＰＳＰｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
同研制，该涂料以稳定性较强的ＰｔＴＦＰＰ（化学结构如图２所示）作为发光基团，由聚合物形成多孔性涂层结构，荧光探针分子包含在微孔中，能够增大空气接触面积，使得响应扩散率增加，从而降低了反应时间。以波长４００ｎｍ的紫外光为激发光源，快速响应ＰＳＰ涂料激发出的荧光发射波长约６００ｎｍ～７００ｎｍ，有氧空气环境（ａｉｒ）和无氧氮气环境（ｎｉｔｒｏｇｅｎ）下快速响应ＰＳＰ涂料的发射光中心波长和发射光强度如图３所示。图２ＰｔＴＦＰＰ的化学结构Ｆｉｇ．２ＣｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰｔＴＦＰＰ图３快速响应ＰＳＰ涂料的发射光谱Ｆｉｇ．３ＥｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅＰＳＰ快速响应压敏涂料的响应时间在毫秒甚至微秒量级，涂料的响应时间决定了风洞实验时非定常流场脉动压力的采集频率。在正式实验之前，需要通过静态标定实验确定涂料的基底光强、Ｓｔｅｒｎ－Ｖｏｌｍｅｒ关系系数、使用稳定性、温度依赖性，通过动态标定实验确定涂料的快速响应时间特性。静态标定装置如图４所示，压敏涂料样片放置在压力腔内，腔内压力和温度由真空泵和低温循环机控制。在不同压力和温度条件下，用风洞实验相同的光源照射，用相同的相机进行拍摄得到相应的图像组，对图像处理后得到光强－压力曲线。标定的温度范围从２５℃～５０℃，压力范围从１０ｋＰａ～１００ｋＰａ。基于ＰｔＴＦＰＰ发光基团的压敏涂料在不同温度条件的静态标定曲线如图５所示。１４????????????????
学院化学研究所共同研制，该涂料以稳定性较强的ＰｔＴＦＰＰ（化学结构如图２所示）作为发光基团，由聚合物形成多孔性涂层结构，荧光探针分子包含在微孔中，能够增大空气接触面积，使得响应扩散率增加，从而降低了反应时间。以波长４００ｎｍ的紫外光为激发光源，快速响应ＰＳＰ涂料激发出的荧光发射波长约６００ｎｍ～７００ｎｍ，有氧空气环境（ａｉｒ）和无氧氮气环境（ｎｉｔｒｏｇｅｎ）下快速响应ＰＳＰ涂料的发射光中心波长和发射光强度如图３所示。图２ＰｔＴＦＰＰ的化学结构Ｆｉｇ．２ＣｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰｔＴＦＰＰ图３快速响应ＰＳＰ涂料的发射光谱Ｆｉｇ．３ＥｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅＰＳＰ快速响应压敏涂料的响应时间在毫秒甚至微秒量级，涂料的响应时间决定了风洞实验时非定常流场脉动压力的采集频率。在正式实验之前，需要通过静态标定实验确定涂料的基底光强、Ｓｔｅｒｎ－Ｖｏｌｍｅｒ关系系数、使用稳定性、温度依赖性，通过动态标定实验确定涂料的快速响应时间特性。静态标定装置如图４所示，压敏涂料样片放置在压力腔内，腔内压力和温度由真空泵和低温循环机控制。在不同压力和温度条件下，用风洞实验相同的光源照射，用相同的相机进行拍摄得到相应的图像组，对图像处理后得到光强－压力曲线。标定的温度范围从２５℃～５０℃，压力范围从１０ｋＰａ～１００ｋＰａ。基于ＰｔＴＦＰＰ发光基团的压敏涂料在不同温度条件的静态标定曲线如图５所示。１４???????
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速1MHz高频脉动压力测试技术及其应用[J]. 纪锋,解少飞,沈清. 空气动力学学报. 2016(05)
[2]TSP转捩探测技术在民机风洞试验中的应用研究[J]. 尚金奎,衷洪杰,赵民,陈柳生,王鹏,王猛,张雪,李玉军. 空气动力学学报. 2016(03)
[3]快响应PSP技术用于高超声速圆柱绕流的非定常压力测量[J]. 向星居,熊红亮,袁明磊,于靖波,陈柳生,王智栋. 实验流体力学. 2015(03)
[4]双分量压敏涂料技术的应用研究[J]. 张永存,陈柳生,马晓光,陈雪原,阎莉,赵文涛,尚金奎,郭法春,邓学蓥,程厚梅. 空气动力学学报. 2010(05)
[5]压力敏感涂料内流场测量系统及涂料校准[J]. 郑立新,郝重阳,刘波,陈柳生,史燚,朱柱国. 实验流体力学. 2008(03)
[6]湍流壁面脉动压力场测量技术:传声器阵列[J]. 柯峰,刘应征,陈汉平. 空气动力学学报. 2007(03)
[7]压力敏感涂料技术及其应用[J]. 刘波,周强,靳军,马昌友. 航空动力学报. 2006(02)
本文编号：3229107
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