基于光強(qiáng)的快速響應(yīng)PSP動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用

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1、航空學(xué)報(bào)AclaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252014VOI．35NO．3607．623ISSN1000-6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于光強(qiáng)的快速響應(yīng)PSP動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用高麗敏*，吳亞楠，胡小全，高杰，劉波西北工業(yè)大學(xué)動(dòng)力與能源學(xué)院，陜西西安710072摘要：隨著空氣動(dòng)力學(xué)的迅猛發(fā)展，氣動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)及流場(chǎng)越發(fā)復(fù)雜，流場(chǎng)非定常性產(chǎn)牛的影響不可避免，迫切需要對(duì)流動(dòng)的非定常效應(yīng)進(jìn)

2、行深入認(rèn)識(shí)。自20世紀(jì)90年代起，有關(guān)光學(xué)壓敏涂料(PsP)的動(dòng)態(tài)測(cè)壓技術(shù)成為了實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)與高分子化學(xué)等領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向。經(jīng)過近20年的發(fā)展，快速響應(yīng)PSP的動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)已有r突破性進(jìn)步。本文從基于光強(qiáng)的快速響應(yīng)壓敏涂料、動(dòng)態(tài)測(cè)量設(shè)備、PSP動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及國(guó)外已開展的一些實(shí)驗(yàn)研究等方面出發(fā)，系統(tǒng)論述了近20年來基于光強(qiáng)的快速響應(yīng)PSP動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。研究結(jié)果表明，快速響應(yīng)PsP動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在非定常流場(chǎng)測(cè)量應(yīng)用中有著巨大潛力，可成為深入認(rèn)識(shí)航空領(lǐng)域復(fù)雜動(dòng)態(tài)流場(chǎng)的有效技術(shù)手段。關(guān)鍵詞：壓敏

3、涂料；非定常流場(chǎng)；快速響應(yīng)PsP；響應(yīng)頻率；相位鎖定中圖分類號(hào)：V231．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—6893(2014)03一0607—17始于20世紀(jì)80年代的光學(xué)壓敏涂料(Pres—sureSensitivePaint，PsP)測(cè)量技術(shù)¨]，將高分子化學(xué)、光學(xué)等多個(gè)學(xué)科的最新研究成果相結(jié)合，利用某種高分子化合物在特定波長(zhǎng)光的照射下發(fā)生量子能量躍階的“光致發(fā)光”(Photolumines—cence)效應(yīng)和返回基態(tài)的“氧猝滅”(OxygenQuenching)現(xiàn)象，通過建立發(fā)光強(qiáng)度和流場(chǎng)壓

4、力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)表面連續(xù)壓力場(chǎng)的無侵入式定量測(cè)量，是與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的新一代流動(dòng)顯示技術(shù)。目前，PsP穩(wěn)態(tài)測(cè)量技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用：俄羅斯中央空氣流體動(dòng)力研究院(TsAGI)、美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)、法國(guó)宇航院(0NERA)及日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)等口。83都配置了相應(yīng)穩(wěn)態(tài)PSP測(cè)試設(shè)備，并進(jìn)行了大量的穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)的測(cè)量。在國(guó)內(nèi)，以沈陽空氣動(dòng)力研究所凹刪和西北工業(yè)大學(xué)口1”一為代表的與航空相關(guān)的單位也開展了相應(yīng)研究。大量研究結(jié)果已充分展示了PS

5、P測(cè)量技術(shù)在穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)全域壓力測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。然而，隨著空氣動(dòng)力學(xué)的迅猛發(fā)展，氣動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)及其流場(chǎng)也越發(fā)復(fù)雜，流場(chǎng)隨時(shí)間變化的非定常特性日益突出，這對(duì)空氣動(dòng)力部件的氣動(dòng)性能、穩(wěn)定運(yùn)行以及環(huán)境噪聲等產(chǎn)生了重要影響，流動(dòng)的非定常效應(yīng)已成為進(jìn)一步提高氣動(dòng)部件綜合性能的瓶頸之一，對(duì)非定常流場(chǎng)深入認(rèn)識(shí)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。有關(guān)PSP的動(dòng)態(tài)測(cè)壓技術(shù)也成為實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)與高分子化學(xué)等領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向?？焖夙憫?yīng)PSP動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的研究始于20世紀(jì)90年代。1995年左右，美國(guó)和俄羅斯幾乎同步啟動(dòng)了有關(guān)PSP動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的研

6、究[13。“]。隨后，有關(guān)PSP動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)研究主要由以Pur—due大學(xué)為代表的美國(guó)科研工作者開展。2004年收稿日期：2013—10．08；退修日期：2013．12．25；錄用日期：2014—01—23；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014．02．1211：12網(wǎng)絡(luò)出版地址：wwwcnkjnet／kcms／detail／S1000·6893．20130532htmI基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51076132)*通訊作者．Tel．；029—88495022E·mail：gaoIm@nwpueducn戢焉格武lG

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11、aAemna確caetAst，o—naullcas{nica．2014，35(3)：607·623．高麗敏．吳亞楠，葫小全，等?基f光強(qiáng)的快速響應(yīng)PsP動(dòng)態(tài)游量技術(shù)及其應(yīng)甩iJ]．航空學(xué)報(bào)．2014．35(3)：607—623．航空學(xué)報(bào)Mar．252014VOI．35NO．3之后，日本、法國(guó)等國(guó)也開始了相關(guān)研究口。8’15_18]，發(fā)表了一系列關(guān)于

12、快速響應(yīng)壓敏涂料研制的論文[19。22I。隨著國(guó)內(nèi)航空工業(yè)的迅速發(fā)展以及對(duì)穩(wěn)態(tài)PSP技術(shù)研究方面所取得的進(jìn)展，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所于2005年啟動(dòng)了有關(guān)快速響應(yīng)PSP的研制工作[2。2?，西北工業(yè)大學(xué)在PSP測(cè)量技術(shù)穩(wěn)態(tài)測(cè)量應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)其動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)展開了調(diào)研工作[26I。PsP測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于非定常流場(chǎng)測(cè)量不僅受限于壓敏涂料對(duì)動(dòng)態(tài)壓力的響應(yīng)頻率，而且需要充分考慮測(cè)量技術(shù)本身對(duì)流場(chǎng)的時(shí)間響應(yīng)特性，對(duì)測(cè)量技術(shù)提出了挑戰(zhàn)一降要求。本文將從非定常流場(chǎng)對(duì)快速響