[发明专利]一种应用于高超声速飞行器风洞试验的高温散斑制作方法

说明书

本发明公开了一种应用于高超声速飞行器风洞试验的高温散斑制作方法，步骤一：制作散斑模板，该散斑模板上散斑的大小、数量、位置均为随机分布；步骤二：对待制作散斑的金属模型进行表面处理，去除金属表面的金属屑或者防锈油层；步骤三：将散斑模板放置在待制作散斑的金属模型上面，使得散斑模板与金属模型保持面接触并且稳定；步骤四，将电化学腐蚀设备的腐蚀阴极固定连接到待制作散斑的金属模型上，同时将电化学腐蚀设备的腐蚀头浸入与金属模型相匹配的金属腐蚀液中，待腐蚀头全部浸润后再取出；最后将电化学腐蚀机的电源接通，选择腐蚀方式和腐蚀电压，然后将腐蚀头放置到散斑模型板上面进行散斑处理。

技术领域

本发明涉及一种散斑制作方法，应用于高超声速飞行器在风洞试验时的变形测量，属于航空航天实验方法。

背景技术

未来高超声速飞行器外形复杂，由于激波等的干扰作用等，致使飞行器表面热流分布十分复杂，同时伴随着耦合了多种因素的热变形。高超声速飞行器外形设计一个十分重要的目标就是要将飞行器的弹性变形及热变形控制在一个容许的范围之内，因此高超声速飞行器在风洞试验时的变形测量显得尤为重要。

目前常用的模型变形测量方法是基于图像的数字散斑相关方法，而数字散斑相关方法常用的散斑主要包括自然散斑和人工散斑。自然散斑是指被测量物体的表面自然纹理或者无规则的斑纹，例如木材表面的纹理或者石墨等的无规则斑点。人工散斑是指使用人工的方法对被测量物体进行表面处理，表面处理的常用方法是人工喷漆。人工喷漆一般是使用常用的自喷漆或者喷涂工具将黑色和白色的漆喷涂到模型表面，形成散斑。人工散斑的不足之处主要有两点。首先是普通的油漆不耐受高温，使用其制作的散斑在高温情况下会出现严重的退相关现象甚至完全不能使用；同时，使用普通油漆制作的散斑由于漆的质量和喷涂工艺的不确定性将会导致散斑会有一定的厚度，有的厚度甚至达到0.2mm，这种厚度对于常规尺寸并且有面形要求的高超声速模型来说是不可接受的。

Lyons JS等用数字图像相关方法测量高温变形时是采用氮化硼和氧化铝陶瓷涂层在金属表面制作了散斑。但是该制作方法比较复杂，而且陶瓷涂层对被测材料表面有一定的增强作用，将在一定程度上影响数字图像相关方法变形测量的准确性。潘兵等使用高温无机胶加氧化钴和酒精的混合液体在试件表面进行高温环境下使用的散斑的制作。该制作方法是用不同大小的细毛刷或不同口径的滴管，在金属、陶瓷和复合材料等固体材料固体表面随机点涂、喷溅或溅撒出不同大小的散斑颗粒。后者的制作方法虽然简单，但是仍然存在与前者同样的问题，也就是两者都会由于散斑制作的原理以及人工操作的误差而带来试件表面不可接受的粗糙度。因此并不适用于有高速高温气流冲刷的高超声速飞行器的风洞试验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种操作简单并且低成本的高超声速飞行器风洞试验中变形测量时使用的散斑制作方法，能够耐受高超声速风洞中极其恶劣的实验条件而保持散斑的完整及有效性，进而能够实时获取高超声速飞行器的形貌变化历程。

本发明包括如下技术方案：一种应用于高超声速飞行器风洞试验的高温散斑制作方法，步骤如下：

步骤一：制作散斑模板，该散斑模板上散斑的大小、数量、位置均为随机分布；

步骤二：对待制作散斑的金属模型进行表面处理，去除金属表面的金属屑或者防锈油层；

步骤三：将散斑模板放置在待制作散斑的金属模型上面，使得散斑模板与金属模型保持面接触并且稳定；

步骤四，将电化学腐蚀设备的腐蚀阴极固定连接到待制作散斑的金属模型上，同时将电化学腐蚀设备的腐蚀头浸入与金属模型相匹配的金属腐蚀液中，待腐蚀头全部浸润后再取出；最后将电化学腐蚀机的电源接通，选择腐蚀方式与腐蚀电压，然后将腐蚀头放置到散斑模型板上面进行散斑处理。

进一步的，散斑处理之后用有机溶剂对散斑区域进行擦拭，即完成高温散斑的制作。