[发明专利]一种快速响应压敏漆温度效应修正方法

说明书

本发明公开了一种快速响应压敏漆温度效应修正方法，属于航空航天空气动力学风洞试验及图像数据处理技术领域，包括：压敏漆校准，根据校准数据计算得到光强比、压力和温度三个变量关系的校准系数；试验准备；风洞试验，采集背景图像和无风图像，获取有风图像和脉动压力传感器数据；图像数据预处理；图像自动配准；图像数据和脉动压力数据对齐；根据脉动压力传感器压力测量值和光强比计算得到脉动压力传感器位置温度；根据脉动压力传感器位置及对应的温度，插值得到整个测量区域的温度分布；对温度效应的修正；压力数据分块存储。本发明适用于快速响应压敏漆试验，对试验数据进行温度效应修正，显著提高了快响压敏漆测压精度。

技术领域

本发明属于航空航天空气动力学风洞试验及图像技术处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种快速响应压敏漆温度效应修正方法。

背景技术

军事方面，飞行武器在巡航时，天线等突起物局部、弹体肩部和弹仓等大梯度非光滑部件、机翼与副油箱间隙等部位极易产生较强脉动压力，在大迎角失速段，平滑的机体与机翼表面也会因非定常扰流产生不可忽视的高强脉动压力，诱导飞行器结构产生抖振响应，有可能导致飞行器结构疲劳甚至破坏，降低内置仪器仪表的可靠性和适用周期，影响飞行器结构使用寿命和飞行安全，因此测试不同飞行工况下飞行器表面脉动压力并进行频谱特性分析对于飞行器结构强度设计来说极为重要。民用方面，随着民机、列车、汽车等运输工具高速化、轻量化发展，运输设备与周围空气相互作用不断加剧，表面高强脉动压力是设备结构振动和气动噪声的主要来源。结构振动会对运载设备产生损害，影响运行和人员安全，气动噪声不仅会影响旅客的乘载舒适性，还会对周边环境产生噪声干扰，严重时会影响航班起降及列车、汽车运行速度。因此，测试运输工具表面脉动压力对于民用运输设备设计、优化也尤为重要。

研究飞行器和民用运输设备表面脉动压力和声学特性一般有两种手段，数值模拟和风洞试验。因为产生强脉动的流动一般为非定常复杂流动，往往涉及到多个流动结构和物理场的相互耦合，数值模拟计算量较大，精度难以保证，故一般采用风洞试验的方法测量飞行武器和民用装备表面脉动压力和噪声，进而对其流动结构和声学特性进行研究，并根据测试结果进行结构和布局的迭代优化。

常用的脉动压力和噪声测量风洞试验方法是在飞行器等模型表面安装脉动压力传感器，传感器感受物面气流的压力脉动并转化为电信号，电信号经过放大、滤波等处理后，由传感器校准关系换算为实际的物面脉动压力，并由脉动压力与声压的关系进一步换算为噪声。脉动压力传感器测量精度较高，但也存在诸多缺陷：一、因为传感器不可避免会突出或凹陷于模型表面均会对来流产生干扰，造成脉动压力与噪声测量的不准确；二、安装脉动压力传感器需要在安装位置和走线通道对模型进行开孔和开槽，加大了模型设计、加工难度，提高了模型设计和加工成本；三、脉动压力传感器只能进行模型表面若干点的测量，空间分辨率很低，无法完成全域面测量的要求，无法获取模型表面高分辨率声学特性和流场结构细节。

快速响应压敏漆（Fast Response Pressure Sensitive Paint，FPSP，简称快响压敏漆）测量技术是近十几年发展的新型脉动压力光学测量技术，基于高分子聚合物光致发光和氧猝灭原理，以特定波长的激发光照射布满含有探针分子压敏涂料的受测物面，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，获得受测物面脉动压力分布图谱的测量方法。该技术具有非接触、连续压力测量的优点，主要特点是采用多孔聚合物功能层，氧扩散时间短，因此响应时间短，可以达到微秒级，因此FPSP测量技术可实现模型表面大面积瞬态与非定常压力分布测量。采用多孔结构的FPSP，温度灵敏度一般能达到2~3%/℃，当测量区域温度不均匀或随时间变化时，压力结果会产生较大误差，这种由温度灵敏度引入的误差称为压敏漆温度效应。特别是在暂冲式高速风洞中，气流总温随风洞运行变化较大，同时受模型表面各类流动现象的影响，模型表面的FPSP测量区域温度会持续变化且不均匀，为提高FPSP压力测量精度及数据时频域分析的可靠性，需要对温度灵敏度引入的温度效应进行修正。

本发明采用基于脉动压力传感器数据的温度分布预估方法，根据温度分布计算快响压敏漆压力测量结果，可有效修正温度效应的影响。