[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

摘要

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，将温度光纤铺覆在翼型模型表面，利用分布式温敏光纤测量出流过物体表面气流的温度分布对流动转捩位置进行判断的方法。用背光反射计测量光纤中的背向瑞利散射光，获取损耗、光纤长度信息，增加传感模块后，能够使用普通单模光纤作为传感器，在70m范围内实现1cm空间分辨率、0.1℃温度分辨率的温度低频测试。相比于其他转捩测量技术，无论是在温度分辨率还是对转捩位置判断的空间精度均有提升。本发明无需像动态压力判断转捩那样在物体表面埋设动态压力传感器，又比壁面剪应力测量和红外热像仪一类的转捩测量判断方法易于实现、且空间分辨率高。

主权项

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；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Si，i＝1,2,3,……n；所述的n个弦向的分布点Si均位于固定在翼型模型上表面的温度光纤下方5mm处；在翼型模型的下表面选n个弦向的分布点Xi，i＝1,2,3,……n；所述的n个弦向的分布点Xi均位于固定在翼型模型下表面的温度光纤下方5mm处；Ⅱ在前缘上确定位置前缘位置点Q：所述前缘位置点Q应位于翼型模型1前缘的最前端，并位于确定有分布点的剖面；Ⅲ确定温度光纤的长度区间；所述确定温度光纤的长度区间是采用温度光纤测量翼型模型表面温度变化分布：启动光信号采集处理设备，试验前采集温度光纤获得的数据作为初始温度T0；试验时再次采集获得的数据减去初始温度T0后以温度变化分布给出，若状态不变化进行第二次采集则温度变化分布输出结果为零；通过采集初始温度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度光纤长度确定温度光纤的长度；以所得到的标记点Sn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Xn与标记点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度光纤的初始温度Tc；采集初始温度Tc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Tc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Tf，Tf－Tc＝风洞开启前后整个温度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；重复所述对翼型模型表面加热－采集初始温度Tc－开启风洞－采集翼型模型表面温度Tf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对应的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2，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。