光学涂层测压技术.pdf

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1、2003空气动力学前沿研究论文集光学涂层测压技术程厚梅张永存(中国航空工业空气动力研究院、辽宁沈阳110034陈柳生(中国科学院化学所，北京100080摘要本文介绍了光学测压技术的发展概况、基本理论、实验技术、修正方法、测量达到的精准度水平及今后的研究工作。关挂词光学测压试验技术数据处理误差分析1引言光学涂层测压是基于发光分子的氧拌熄现象发展起来的一项技术。该现象于1935年首先由德国科学家Kautsky和Brach发现，1980年Peterson和Fitzgerad根据发光分子的氧碎熄原理进行了油流显示试验,20世纪的80年代美国华盛顿大学的MartinGoutenna

2、n领导的研究组基于氧碎熄叶啦研制了用于测量血液中氧含量的传感器，80年代的后期，该技术用于气动力模型的表面压力测量。在美国，定量的PSP压力测量首先由NASAAmes中心进行研究并用于风洞试验，使用了华盛顿大学研制的涂料。在美国进行该项技术研究的同时，苏联的LI;AI'II于1970年就秘密地开始了该项技术的研究，受到了7.akharov关于氧碎熄特性研究的鼓舞，1981年Pervushin&Nevsky研究出了第一个压力敏感涂料，1982年Ardasheva完成了第一次压力测量试验，上世纪80年代中期，苏联玖AI'Il的另一研究小组研究了基于聚合物的PSP,Radech

3、enkc〕进行了PSP锥柱体超声速测压试验，经多次试验验证，认为该技术可行，并于1990年在AviationWeek&SpaceTechnology上登载了有关苏联“OPTMS，技术的广告，这是苏联光学涂层测压技术产品商业化的成果。中国于1992年开始立项进行该测压技术的研究，首先引进俄罗斯环m的技术，然后自主进行研究开发，于2000年开发出了应用于风洞测压试验的涂料FOP-10从发现发光分子的氧碎熄现象到发展成为工业应用技术经历了近60年的时间，所谓的氧碎熄，即发光分子受激后所发辉光强度与氧的压力成反比，其发光寿命也与氧的压力有关，由此产生了二种测压方法，基于发光强度的

4、测压方法和基于发光寿命的测压方法，二种方法的成功都极强地依赖于测试仪器的水平。目前各国集中力量发展的是基于发光强度的测压技术。在该技术的发展过程中，形成了二次高潮，一次是20世纪的90年代初期，第二次是21世纪初。到目前为止，世界航空技术先进的国家风洞都配置了相应的测试设备，进行过该项技术研究，达到了工程实用的水平。据不完全统计，NASA有15座高、低速生产性风洞配备了完善的光学测压设备，并有较成熟的试验技术，已承担部分型号试验。俄罗斯LWH是光学测压技术的发源地之一，已在多座生产性风洞进行过光学侧压试验，如T一128,T一106,T一112等风洞。除NASA和I冰I'l

5、I之外，法国、德国、英国、日本、意大利、荷兰等国的工业性风洞中也配置了光学测压设备并已开展技术研究，发表了多篇研究和工程应用报告。我国也在沈阳的FL-1风洞开展了该项研究，并与中科院化学所合作研究出了具有自主知识产权的涂料FOP一1，目前正在进一步研究，使该技术尽快应用于型号研制的风洞测压试验。光学测压是一种绝对压力测量，对于低速风洞试验，其相对误差较大。就目前的水平，该方法适合于跨、超声速风洞试验。由于所用压敏涂料在光激励下受氧压作用出现化学反应，温度影响是不可避免的，且是影响测量精、准度的主要因素。影响光学测压数据精度的因素有PSP本身的误差，几何误差，激励光误差，环

6、境误差和检测误差，每一类误差都是不可忽视的。各国都在该技术的研究过程中进行了大量的工作，给出了误差量级。按照目前的数据精度水平，光学涂层测压已可提供某些型号工程使用，其优点在于无需单独另加工复杂的测压模型，就可得到压力分布数据，而对一些薄翼及无法开孔的部件，只要光能照到，也可得到压力数据。对于型号设计，这些试验是非常有用的。而且是一种连续的压力分布测量，积分便可得到全模型载荷。其模型表面辉度的变化对应于气动载荷分布变化，是实时的流谱，具有很高的工程应用价值。光学测压具有广阔的应用前景，但目前还不能完全代替开孔测压。随着研究工作的深人、经验的积累和科学技术的进步，光学测压的

7、应用范围会越来越宽广，而开孔测压会逐步减少。对于无法采用开孔测压的项目，光学测压则显示出了独具的魅力。该技术除了能用于压力分布测量外，如果采用光温度敏感徐料，也可进行飞行器模型表面温度分布测量。除涂料不同外，技术途径几乎完全相同。对于动态压力测量，除了检测系统的采集频率要达到要求外，压敏涂料的响应频率也必须满足要求，为此，世界航空技术先进国家已开展了大量研究，获得了可喜的成果，显示出该技术的广阔应用前景。2基本理论利用PSP技术进行模型表面压力测量是基于发光分子的发光氧碎熄理论发展起来的。发光分子受到人射光的激励，由基态到受激