用于压力敏感涂料测压系统的校准装置制造方法及图纸

用于压力敏感涂料测压系统的校准装置，包括：箱体、透明视窗、压力控制和测量系统、压力控制接口装置、温控系统、加热装置及模型位置控制机构，箱体和透明视窗连接构成密闭的校准腔，在箱体上设置压力控制接口装置，校准装置压力控制和测量系统通过压力控制接口装置接入箱体中，提供给定校准腔内部压力；在箱体内设置加热装置，该加热装置通过导线与箱体外的温控系统相连接，以控制校准腔内部温度；在箱体内设置模型位置控制机构，以控制模型的几何位置。本发明专利技术能够容纳常用的叶片模型，可通过校准消除视窗的影响，可调节叶片模型位置，使叶片处于和试验台测试环境中完全相同的位置，这样可通过校准消除叶片扭曲对图像的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于压力敏感涂料测压系统的校准装置，属于现代航空发动机中的风扇、压气机、涡轮、进气道及喷管内部表面压力测量，以及其它领域内模型表面空气压力测量领域。
技术介绍
模型表面压力测量是研究空气动力学问题的最基本、最重要的试验之一。压力分布场的测量结果为研究人员深入理解叶轮机械内部复杂物理现象的客观本质提供了十分重要的信息。在压气机、涡轮叶片叶型设计方案的选取以及结构设计中也需要详细精确的叶片表面压力分布数据来确定流动分离区、激波产生的位置、气动载荷的分布。此外，表面压力测量也为验证数值模拟结果和CFD计算程序的正确性提供了依据，并为设计更高性能的涡轮发动机提供了十分有价值的参考数据库。在叶轮机械旋转部件上进行压力测量，传统的测压孔和传感器测量方法受到更多的限制，存在成本高、周期长、布点数目和位置有限、空间分辨率低、干扰和破坏流场等不利因素，而且探头插入流道中测量，存在着很大的安全隐患，测试改装量大，测试系统复杂。自二十世纪八十年代开始，利用发光粒子的光致发光特性和氧猝熄(Oxygen Quenching)原理发展起来的新型光学压力测量技术，即压力敏感涂料(Pressure Sensitive Paint，简称PSP)技术可有效地克服上述传统方法的诸多缺点。PSP测压原理为压力敏感涂料主要由氧猝熄效应明显的发光微粒和透氧性好、附着力强的聚合体粘合剂组成。一般情况下，发光物质分子均处于稳定的基态。但在适当波长的光照射下，处于基态的分子会吸收某种特定频率的光子，从而跃迁到能级较高的激发态。由于激发态十分不稳定，经过一个短暂的瞬间，处于激发态的荧光物质分子就会自发发射一个光子(即光致发光)并返回至较低能级，这时发出的光被称为“荧光”。荧光辐射的能量小于激励光的能量，根据爱因斯坦方程，辐射出的光波波长必大于激励光的波长，即波长的“红移”现象。在测量中根据“红移”现象，利用滤光镜就可分离激励光与辐射光。正是这个特性，为压力敏感涂料测压提供了必要条件，如Dong X D，Wang D Y，LiG C，et al.Pressure-Sensitive Paint Measurement.Measurement&ControlTechnology，1998，7(2)13-14.(in Chinese)中所阐述的。当发光分子在从激发态返回到基态的过程中，与处于基态的氧分子发生碰撞时，氧分子会吸收发光分子的能量从而跃迁到不稳定能级，而发光分子返回基态但不发射任何光子，这个过程被称为“氧猝熄”。因此在一个确定的区域内如果氧分子数目增加，即氧气压力越高，则与发光分子碰撞的几率增大，从而导致辐射出的荧光强度减弱得更厉害，如Christian Klein，Application of Pressure Sensitive Paint(PSP)for the Determination of the Instantaneous Pressure Field of Models in aWind Tunnel.Aerosp.Sci.Technol.4，pp.103-109，2000.中所论述的。氧猝熄效应是光学压力敏感涂料测压的最基本原理。空气中所含氧气的摩尔浓度是个确定的常数，由此得出辐射荧光强度与空气的压力成反比。Stern-Volmer方程描述了这一重要比例关系ImaxI=1+KsvPO2---(1)]]>其中I表示辐射光强度，Ksv为Stern-Volmer常数，是温度的函数，Po2为氧气的分压，而下标‘max’表示无猝熄作用下的最大辐射光强。由于一般很难测得Imax，因此引入在参考条件下测得的Iref。参考条件即压力和温度均为已知常数的无流条件，通常将大气环境视为参考条件。此时，Stern-Volmer方程可转化为更适合于气动试验的形式Imax/IImax/Iref=IrefI=A(T)+B(T)PPref---(2)]]> 其中下标‘ref’代表参考条件下的值，A和B为涂层的敏感系数，都是表面温度的函数，它们的值由校准试验确定。因此预先将空气压力与压力敏感涂料的辐射光强度的关系曲线准确地测绘出来，就可通过测量某点的辐射光强度而得知该点的压力值。这就是应用最广泛的基于发光强度的PSP测压方法。PSP技术把直接测量压力的大小转化为测量荧光或磷光的光强变化，提供了一种全面、廉价、灵敏、无破坏的柔性测压方法。该技术通过十几年的发展改进并趋于成熟，从普遍应用于风洞试验和外流气动试验发展到叶轮机械内部旋转流动的稳态压力测量和非定常压力测量。通过大量成功的试验已经证明了PSP的可行性和显著的优越性以及越来越广阔的应用前景。目前，国外对PSP测压技术的应用已进入产品阶段，美国、德国以及俄罗斯都成功发展了相对成熟的PSP测压系统，可提供成套系统。国内对PSP技术的研究和应用开始于上世纪九十年代，主要是引进俄罗斯成套系统并应用在飞行器表面压力测量中，近两年来，PSP技术在内流研究中的应用开始起步，尚未建立完整的测试系统。通常的PSP测压系统主要由五个部分组成压力敏感涂料、激励光源系统、图像采集系统、图像数据处理系统和校准装置。在PSP测压系统中，校准装置的功能是在静态条件下完成PSP涂料受激发光强度和压力之间变化关系的获取，这是PSP测压的必需环节。目前，国内外常用PSP测压系统中的校准装置由一个体积较小的箱体(100mm×100mm×50mm)、平板透明视窗、压力控制和测量系统、温控系统和加热装置等组成。这种校准装置由于采用平板透明视窗，只能完成面积较小的平面模型的校准，因此不能消除叶轮机试验台弧形视窗的影响，且不能容纳较大体积的叶片模型，而且由于叶片模型位置是固定的，不能改变叶片模型的位置，因而无法完成用于叶轮机内部流动测量的PSP测压系统的校准。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种可以完成面积较大的模型的校准，消除叶轮机试验台弧形视窗的影响，且模型位置可以调节的用于压力敏感涂料测压系统的校准装置本专利技术的技术解决方案用于压力敏感涂料测压系统的校准装置包括箱体、透明视窗、压力控制和测量系统、压力控制接口装置、温控系统、加热装置及模型位置控制机构，箱体和透明视窗连接构成密闭的校准腔，在箱体上设置压力控制接口装置，校准装置压力控制和测量系统通过压力控制接口装置接入箱体中，提供给定校准腔内部压力；在箱体内设置加热装置，该加热装置通过导线与箱体外的温控系统相连接，以控制校准腔内部温度；在箱体内设置模型位置控制机构，以控制模型的几何位置(如倾斜角、俯仰角等)。所述的弧形透明视窗的半径在一定范围内可选，一般为300mm～400mm；透明视窗的厚度根据所测压力范围选择，一般为2mm～20mm，材料为光学玻璃；弧形透明视窗的弧度角60～90度。本专利技术与现有技术相比的有益效果(1)箱体结构形式考虑了常用的叶片模型的安装和位置调整，模型位置控制机构可调节叶片模型位置，使叶片模型处于和试验台测试环境中完全相同的位置，上述两个因素使得校准过程中和测试过程中，被测对象叶片模型与激励光源系统和图像采集系统的几何位置关系不变，这样，校准得出的校准关系式中就包含了叶片扭曲对图像的影响(叶片扭曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于压力敏感涂料测压系统的校准装置，包括：箱体（１）、弧形透明视窗（２）、压力控制和测量系统（９）、压力控制接口装置（８）、温控系统（７）、加热装置（５）及模型位置控制机构（４），箱体（１）和弧形透明视窗（２）连接构成密闭的校准腔，在箱体（１）上设置压力控制接口装置（８），校准装置压力控制和测量系统（９）通过压力控制接口装置（８）接入箱体（１）中，提供给定校准腔内部压力；在箱体（１）内设置加热装置（５），该加热装置（５）通过导线与箱体（１）外的温控系统（７）相连接，以控制校准腔内部温度；在箱体（１）内设置模型位置控制机构（４），以控制模型（３）的几何位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘火星，邹正平，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]