[发明专利]基于分布式温敏光纤的翼型表面边界层转捩位置测量方法

权利要求书

1.一种基于分布式温敏光纤的翼型表面边界层转捩位置测量方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，翼型模型安装；

步骤2，铺设光纤；

铺设光纤时，将长度能够沿弦长方向绕翼型模型一周的光纤装入特氟龙套管内制成温敏光纤，将所述温敏光纤与光纤跳线熔接后；铺覆在所述翼型模型的表面；铺覆时，从翼型模型的下表面后缘出发，将所述温敏光纤绕过翼型模型的前缘后折回向翼型模型的上表面后缘方向，将所述温敏光纤铺设在翼型模型的表面上一周，使用聚酰亚胺胶带对温敏光纤进行全覆盖粘贴固定；光纤跳线沿翼型模型后缘引出风洞；将光纤跳线在风洞外与光信号采集处理设备相连接；

步骤3，光纤位置标定：

具体过程是：

Ⅰ确定分布点：在翼型模型的上表面选n个弦向的分布点S_i，i＝1,2,3,……n；所述的n个弦向的分布点S_i均位于固定在从翼型模型上表面的温敏光纤向下移5mm处；在翼型模型的下表面选n个弦向的分布点X_i，i＝1,2,3,……n；所述的n个弦向的分布点X_i均位于固定在从翼型模型下表面的温敏光纤向下移5mm处；

Ⅱ在前缘上确定前缘位置点Q：所述前缘位置点Q应位于翼型模型前缘的最前端，并位于确定有分布点的剖面；

所述弦向分布点S_i、X_i及前缘位置点均称为标记点；各S点的数量和X点的数量相同，位置对应，分别位于该翼型模型的1/n,2/n,3/n,……,n/n弦长处，且距翼型模型的前缘位置点Q的距离依次增大，n的取值根据模型大小确定；

Ⅲ确定温敏光纤的长度区间；

温敏光纤的长度区间是指光路上两点的温敏光纤长度所构成的区间，温敏光纤长度是指每个测量点距光信号发射点的距离；所述温敏光纤的长度区间是根据光纤测量翼型模型表面温度变化分布得到：启动光信号采集处理设备，试验前采集温敏光纤获得的数据作为初始温度T₀；试验时将再次采集获得的数据减去初始温度T₀后的结果以温度变化分布状态给出；当未对该温敏光纤标记点加热时该温度变化分布无变化，则输出结果为零；

通过采集初始温度T₀－对标记点Q处加热－采集加热后的温度数据－与初始温度T₀相减，得到整个光路上的温度变化分布及从温度变化分布上找出加热的前缘位置点Q处对应的温敏光纤的长度；

待模型恢复常温后，重复采集初始温度T₀－标记点加热－采集加热后的温度数据－根据温度变化分布判断加热了的标记点的温敏光纤长度的过程，依次得到其余分别位于翼型模型上表面和下表面的各标记点对应的温敏光纤长度；

以所得到的标记点S_n与前缘位置点Q之间的光纤长度区间内测量出的温度变化分布作为后续试验时翼型模型上表面的温度变化分布；以所得到的标记点X_n与标记点Q之间的光纤长度内测量出的温度变化分布作为后续试验时翼型模型下表面的温度变化分布；

步骤4，测量试验：

在距翼型模型弦平面垂直距离70cm处，在风洞下转盘上固定加热器，并使加热器位于所述翼型模型一侧；所述加热器的加热面与翼型模型弦平面平行；所述弦平面是连接翼型模型的前缘线和后缘线构成的平面；

开启加热器，通过加热器将所述翼型模型表面温度加热至30℃并保温，使用光信号采集处理设备采集温敏光纤的初始温度T_c；

采集初始温度T_c结束后，调整风洞下转盘将加热的翼型模型的迎角调整到0°；保持加热器开启、加热状态同初始温度T_c采集时相同；风洞开启，待风洞风速稳定到10m/s后，使用光信号采集处理设备采集温度T_f，T_f－T_c＝风洞开启前后整个温敏光纤的温度变化分布；所测的温度变化分布即翼型模型一个表面的温度变化分布，空间精度为1cm；

将加热器固定在翼型模型另一侧的风洞下转盘上；所述加热器的加热面与翼型模型弦平面平行；重复对翼型模型表面加热－采集初始温度T_c－开启风洞－采集翼型模型表面温度T_f的过程，得到翼型模型另一个表面的温度变化分布；

步骤5，转捩判定；

从得到的温度变化分布数据中，取该翼型模型上表面的标记点S_n与前缘位置点Q之间光纤长度区间内的温度变化分布；将光顺后的数据进行傅里叶级数拟合，得到温度变化分布随光纤长度变化的一阶导数分布；所述温度变化分布随光纤长度变化的一阶导数分布上绝对值最大的光纤长度位置即为流动边界层转捩位置；

采用常规的转化方法，将转捩位置在翼型模型表面位置点距离前缘的弧长转化为该转捩位置距离翼型模型前缘的沿弦线的长度；

重复上述对翼型模型上表面转捩判定过程，对翼型模型下表面进行转捩判定；

步骤6，变迎角测量试验：

通过风洞下转盘，以2°的迎角间隔，依次将加热的翼型模型的迎角调整到2°～26°；重复所述步骤4～5，分别测得风速为10m/s时各迎角下翼型模型上表面和下表面的边界层转捩位置；

步骤7，变风速测量试验：

通过风洞的风速调整机构，以10m/s的风速间隔，依次将风速调整为20～100m/s；重复步骤4～6，分别测得风速为20～100m/s、迎角为0°～26°时各风速、各迎角下翼型模型上表面和下表面的边界层转捩位置；

至此，得到基于分布式温敏光纤的翼型模型表面边界层转捩位置。

2.如权利要求1所述基于分布式温敏光纤的翼型表面边界层转捩位置测量方法，其特征在于，所述转捩判定时，通过MATLAB软件对数据进行光顺处理，并通过MATLAB中的CFTOOL拟合工具箱对光顺后的数据进行傅里叶级数拟合。