高超声速风洞压敏漆试验技术.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252017VoI．38No．7SSN1000-6893ON11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．C13高超声速风洞压敏漆试验技术林敬周1’*，解福田1，钟俊1，陈磊1，陈柳生21．中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，绵阳6210002．中国科学院化学研究所，北京100190摘要：提出了适用于高超声速风洞开展压敏漆(PSP)试验研究的关键技术及解决办法。采用自主设计的PSP校准系统及测试系统，考核了代号为EC—PSP的压力敏感涂料在高超声速条件下

2、的适用性、图像处理软件功能以及高温条件影响下数据处理方法的可行性。以压缩拐角模型为例开展了马赫数为5的高超声速PSP技术验证性风洞试验研究，辅以红外测温方法获得模型表面连续温度分布。试验结果表明在高超声速风洞开展的PSP试验技术研究清晰地捕获了基于压力变化的压缩拐角模型表面流动特征，实现了连续压力分布的测量。关键词：高超声速；风洞；压敏漆(PSP)；压缩拐角；图像处理中图分类号：V211．74文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)07—120890—09随着高超声速飞行器研制的不断发展，气动外形设计越来越复杂，对连续大面积压力测量的要求显得日益迫切。对转捩现象、近壁面驻涡和分

3、离等问题的深入理解需要对模型表面压力进行连续测量，而常规离散测压方法受空间分辨率限制难以捕捉到临界状态。另外，模型几何缩比会造成局部关键结构无法布置测点，从而无法获得有效信息。因此，急需发展适用于高超声速风洞的连续大面积压力测量试验技术。压敏漆(PSP)技术[13是20世纪80年代发展的非接触测量试验技术，目前已在国内外成熟应用于亚跨超领域[2。9]，但在高超声速流动范围工程化应用得还不够Flo-153。由于高超声速气流的高焓会引起模型表面温度有较大幅度的增加，从而使得解决涂料的温度效应变得尤为重要，也导致了高超声速流动条件下PSP应用难度更大口]。目前，PSP主要应用于毫秒级激波风洞，在运

4、行时间更长的秒级高超声速风洞中的应用并不多见。在高超声速风洞中实现PSP试验技术尚有很多问题[1“，如耐高温、耐冲刷、抗光降解的压力敏感涂料研制，以及压力敏感涂料校准、温度补偿、图像配准等。本文提出了高超声速风洞PSP试验技术发展研究的关键技术及解决办法，包括压力敏感涂料研制、图像数据处理以及高温影响时的数据处理。开展了一种基于氧猝灭原理的压力敏感涂料校准研究，初步检验了不同温度条件下自主设计的PSP校准和测试系统的性能，同时展现了自主研发的图像处理软件的功能。在中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所⑦0．5Ill高超声速风洞进行了马赫数为5的PSP技术验证性试验研究。收稿日期：20

5、16—10．25：退修日期：2016-12—12；录用日期：2017—01-03；网络出版时间：2017—01—0613：54网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929．V．20170106．1354004．html*通讯作者．E-mail：jzou2000@sinacom}

6、用格武；株敬周．解福田。钟俊，等高超声速风洞压敏漆试验技术￡Jj．航空学报．2017．38(7)：120890．LINJZ，XlEFT，ZHONGJ．eta1．Pressuresensitivepainttesttechniqueinhypersonicwindtunnel!JI．Acta

7、AeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(7)：120890．120890．1航空学报1关键技术及解决办法1．1压力敏感涂料研制压力敏感涂料的性能好坏及能否适应高超声速风洞运行条件与环境，直接影响到PSP试验技术的成功应用。针对高超声速风洞高温、大动压运行的特点，压力敏感涂料除了尽量对温度不敏感外，还需耐高温、抗冲刷。本课题组与中科院化学所联合研制了适用于高超声速风洞的压力敏感涂料。选择合适的耐高温载体基质，易于氧分子渗透，以保证较好的氧淬灭效果，并且尽量降低对温度的敏感性。还选择合适的底漆材料，以保证压力敏感涂料在模型表面具有足够的附着力，尽量避免在吹

8、风过程中剥离脱落。压力敏感涂料研制过程中，需对阶段性的样品进行风洞试验验证，并对它们有针对性地进行改进筛选。本文最终采用代号为EC—PSP的压力敏感涂料开展了风洞试验。EC—PSP的主要性能参数为：压力测量范围为0～200kPa，适用工作温度范围为0～80℃，压力灵敏度优于0．8％／kPa，底漆附着力满足GB17201979[17]规定的Ⅱ级，激发光波长为300450nm，辐出光波长为630～670nm。式方