[发明专利]一种适用于不同参考状态下的压敏漆涂料校准方法

说明书

本发明公开了一种适用于不同参考状态下的压敏漆涂料校准方法，包括步骤一，在风洞试验之前，基于校准箱以及涂料校准软件的参数设定，得到在校准时刻的大气压力和环境温度作为参考压力、温度条件下，压敏漆涂料的试前校准拟合关系式及拟合曲面；步骤二，在风洞试验时，通过实测洞内的大气压力和环境温度，基于试前校准拟合关系式反算真实参考条件下的涂层光强比值，得到以风洞试验时的洞内大气压力和环境温度作为参考条件下，压敏漆涂料的试后校准拟合关系式和拟合曲面。本发明提供一种适用于不同参考状态下的压敏漆涂料校准方法，以优化现有压敏漆校准方法，简化压敏漆校准试验和风洞试验前的准备流程，从而提高压敏漆校准精度。

技术领域

本发明涉及风洞试验技术领域。更具体地说，本发明涉及一种适用于不同参考状态下的压敏漆涂料校准方法。

背景技术

压敏漆（Pressure Sensitive Paint-PSP）技术是一种光学压力测量试验技术，其是利用高分子有机物的光致发光特性和氧分子对激发态探针分子去活的“氧猝熄”效应，以适当波长的激发光源照射布满含有探针分子压敏漆的受测物面，由光强采集设备捕捉涂层表面灰度图像，经过图像处理和灰度与压力转换，获得受测物面压力分布图谱的测量方法。该技术以非接触方式测量模型表面全域的连续变化压力图谱，能够更加直观、全面和较为准确地反映受测物面在气流中的压力结构状况，弥补和避免了以压力传感器为测量原件的传统压力测量方法的固有缺陷和不足，体现出不可替代的独特优势。近十几年来，基于光强法的压敏漆测压技术在国内外各大科研机构和院校得到了迅猛发展，目前已进入工程应用阶段，成为国内外各生产型风洞所必需的一种试验手段。

光强法PSP风洞测量系统示意图如图1所示。PSP试验技术的具体试验流程为：①风洞试验前，通过压敏漆校准试验获得压敏漆光强与压力的校准关系式（Stern-Volmer关系式）；②风洞试验中，以适当波长的激发光照射布满含有探针分子压敏漆的受测物面，由CCD相机采集模型表面涂层的光强图像并传输到计算机中；③风洞试验后，利用图像后处理软件和试验前校准的Stern-Volmer关系式，将光强图像转化为压力图像，从而获得模型表面压力图谱。

与传统的PSI测压方法相比较，PSP测压技术有着非接触流场无扰动和高空间分辨率等独特的优势，但是在该试验技术中涉及的误差源较多，误差的累积叠加会对试验结果的不确定度带来较大影响，从而影响试验技术的压力测量精准度。PSP技术在实施过程中一般包含了模型受载变形运动、参考压力测量误差、涂料的光降解和杂质沉积、激发光的不稳定性、滤片的光谱泄露、相机噪声、涂层对流场干扰和涂料校准误差等诸多误差源。涂料发光强度与模型表面压力的定量关系是通过校准实验获得的，因此，涂料校准误差是压敏漆试验技术中的重要误差源之一。提高涂料校准精准度的方法应从两方面入手，一方面选用性能好且适用的硬件设备，如输出光强稳定性高的光源、光谱泄露量少的滤片、稳定性好且精度高的控温和控压设备、密封性好的校准箱等，另一方面要系统研究校准方法进而优化校准技术细节。在涂料校准过程中涉及的技术细节很多，如采集图像光强的调节、平均图像的数量、取图区域的选取、滤波的选择、图像清晰度的调节和模数转换位数的选择等均可能对最终的校准精准度带来不同程度的影响。目前，工程使用的压敏漆校准硬件设备均选用高稳定性紫外光源、低噪声科学级CCD相机，且校准箱的压力密封性较好，压力和温度控制精准，加之对涂料校准方法和细节进行了大量精细研究，已经形成了一套科学可行的涂料校准方法和标准，整体压敏涂料的校准精度较高。

在压敏漆涂料校准中，需要最终获得不同压力、温度站点下样片涂层光强与提前确定的压力和温度条件下（这一状态称为参考状态）样片涂层光强的比值与站点压力、温度的校准关系式，而参考状态的压力和温度应设置为实际风洞试验时的大气压力和环境温度，如果参考状态的压力和温度设定不准确，会给最终压力结果换算带来系统误差。压敏校准试验一般在风洞试验前完成，目前压敏漆校准试验通用流程的参考压力和温度设置为校准试验时的大气压力和环境温度，考虑到校准试验时的大气压力和环境温度一般不可能与后续风洞试验时完全一致，这样就引入了校准误差，从而最终导致压敏漆试验压力测量误差。