基于光强的快速响应PSP动态测量技术及其应用

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1、航空学报AclaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252014VOI．35NO．3607．623ISSN1000-6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于光强的快速响应PSP动态测量技术及其应用高丽敏*，吴亚楠，胡小全，高杰，刘波西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072摘要：随着空气动力学的迅猛发展，气动部件的结构及流场越发复杂，流场非定常性产牛的影响不可避免，迫切需要对流动的非定常效应进

2、行深入认识。自20世纪90年代起，有关光学压敏涂料(PsP)的动态测压技术成为了实验空气动力学与高分子化学等领域的热点研究方向。经过近20年的发展，快速响应PSP的动态测量技术已有r突破性进步。本文从基于光强的快速响应压敏涂料、动态测量设备、PSP动态测量方法及国外已开展的一些实验研究等方面出发，系统论述了近20年来基于光强的快速响应PSP动态测量技术的发展与应用。研究结果表明，快速响应PsP动态测量技术在非定常流场测量应用中有着巨大潜力，可成为深入认识航空领域复杂动态流场的有效技术手段。关键词：压敏

3、涂料；非定常流场；快速响应PsP；响应频率；相位锁定中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)03一0607—17始于20世纪80年代的光学压敏涂料(Pres—sureSensitivePaint，PsP)测量技术¨]，将高分子化学、光学等多个学科的最新研究成果相结合，利用某种高分子化合物在特定波长光的照射下发生量子能量跃阶的“光致发光”(Photolumines—cence)效应和返回基态的“氧猝灭”(OxygenQuenching)现象，通过建立发光强度和流场压

4、力的对应关系，与计算机技术相结合，从而实现表面连续压力场的无侵入式定量测量，是与现代计算机技术相结合的新一代流动显示技术。目前，PsP稳态测量技术已在国内外得到了广泛应用：俄罗斯中央空气流体动力研究院(TsAGI)、美国国家航空航天局(NASA)、法国宇航院(0NERA)及日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)等口。83都配置了相应稳态PSP测试设备，并进行了大量的稳态流场的测量。在国内，以沈阳空气动力研究所凹删和西北工业大学口1”一为代表的与航空相关的单位也开展了相应研究。大量研究结果已充分展示了PS

5、P测量技术在稳态流场全域压力测量的优势。然而，随着空气动力学的迅猛发展，气动部件的结构及其流场也越发复杂，流场随时间变化的非定常特性日益突出，这对空气动力部件的气动性能、稳定运行以及环境噪声等产生了重要影响，流动的非定常效应已成为进一步提高气动部件综合性能的瓶颈之一，对非定常流场深入认识已经成为当务之急。有关PSP的动态测压技术也成为实验空气动力学与高分子化学等领域的热点研究方向。快速响应PSP动态测量技术的研究始于20世纪90年代。1995年左右，美国和俄罗斯几乎同步启动了有关PSP动态测量技术的研

6、究[13。“]。随后，有关PSP动态测量技术研究主要由以Pur—due大学为代表的美国科研工作者开展。2004年收稿日期：2013—10．08；退修日期：2013．12．25；录用日期：2014—01—23；网络出版时间：2014．02．1211：12网络出版地址：wwwcnkjnet／kcms／detail／S1000·6893．20130532htmI基金项目：国家自然科学基金(51076132)*通讯作者．Tel．；029—88495022E·mail：gaoIm@nwpueducn戢焉格武lG

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11、aAemna确caetAst，o—naullcas{nica．2014，35(3)：607·623．高丽敏．吴亚楠，葫小全，等?基f光强的快速响应PsP动态游量技术及其应甩iJ]．航空学报．2014．35(3)：607—623．航空学报Mar．252014VOI．35NO．3之后，日本、法国等国也开始了相关研究口。8’15_18]，发表了一系列关于

12、快速响应压敏涂料研制的论文[19。22I。随着国内航空工业的迅速发展以及对稳态PSP技术研究方面所取得的进展，中国科学院化学研究所于2005年启动了有关快速响应PSP的研制工作[2。2⋯，西北工业大学在PSP测量技术稳态测量应用的基础上，对其动态测量技术展开了调研工作[26I。PsP测量技术应用于非定常流场测量不仅受限于压敏涂料对动态压力的响应频率，而且需要充分考虑测量技术本身对流场的时间响应特性，对测量技术提出了挑战一降要求。本文将从非定常流场对快速响