低温高雷诺数风洞宽温域电热-温敏复合涂层制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温高雷诺数风洞宽温域电热

【技术实现步骤摘要】
低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层制备方法


[0001]本专利技术属于空气动力学低温
，尤其涉及低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着高速飞行器的快速发展，边界层转捩精准预测问题变得越来越突出。一方面，湍流表面摩擦阻力远大于层流，高速流动中层流到湍流的转捩现象会导致飞行器阻力增加。另外，边界层是层流还是湍流将直接影响到附面层发展及表面流体，从而影响到飞行器的气动力及稳定性。
[0003]常用的边界层转捩测量技术有萘升华法、油膜干涉法、脉动压力测量法、热膜测量法、红外测量法和温敏漆(TSP)测量法等。基于模型表面温度分布的TSP测量法凭借非接触、全域测量的优势在低温高雷诺数风洞中得到广泛应用。
[0004]低温TSP转捩测量主要基于层流和湍流换热系数差异，应用TSP温敏涂层获得表面温度变化判断转捩位置。为了提高转捩图像成像质量，通常需要快速改变液氮喷注量与来流总温，使来流与模型表面温度产生较大差异。这种测量方式试验运行时间与成本较高；测量过程中总温、马赫数存在较大波动，测量误差较大；总温改变响应较慢，难以实现转捩位置动态、连续测量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层。
[0006]220K以下为低温，低温风洞除了低温运行也可以常温运行，运行温度为110
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323K。雷诺数通常基于温度计算出来，温度越低，雷诺数越高。本申请的复合涂层既适应220K以下低温也适应110
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323K的宽温域，雷诺数大于3x107的风洞。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层制备方法，所述方法包括：
[0008]步骤1)制备白色涂层涂料，所述白色涂层涂料包括质量比为15:1
‑
17:1的前驱体涂料和绝缘绝热功能填料；
[0009]步骤2)在风洞试验模型表面喷涂厚度不超过30μm的白色涂层涂料形成白色底层；
[0010]步骤3)铺设电热涂层供电电极；制备厚度不超过70μm的电加热层，其中所述电加热层将供电电极包裹，同时与白色底层相邻；
[0011]步骤4)喷涂厚度不超过30μm的白色涂层涂料形成白色顶层；
[0012]步骤5)在白色顶层上喷涂厚度不超过30μm的环氧树脂作为低温温敏涂料底漆，再喷涂低温温敏涂料面漆，整个电热
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温敏复合涂层总厚度不超过150μm。
[0013]作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体包括：
[0014]称取一定质量比的耐低温基体材料、功能填料和稀释剂混合搅拌均匀，制备前驱
体涂料；
[0015]称取质量比为15:1
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17:1的前驱体涂料和绝缘绝热功能填料，使用超声分散机充分分散，制作白色涂层涂料。
[0016]作为上述方法的一种改进，所述步骤2)包括：
[0017]用设定口径的喷枪在6
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7个大气压下采用分层喷涂工艺喷涂白色底层，待每一层涂层干燥后，利用目砂纸均匀打磨，在打磨后彻底清理表面，用纯净氮气吹干，若发现划痕，可使用砂纸去除划痕，并重新喷涂，完全干燥后再利用目砂纸重新打磨。
[0018]作为上述方法的一种改进，所述步骤3)的电热涂层供电电极采用50μm厚的铜胶或铜箔胶带，通过滚压平整化。
[0019]作为上述方法的一种改进，所述步骤3)电加热层的制备具体包括：
[0020]称取一定质量比的基体、有机填料和稀释剂进行混合搅拌，置于摇床上以设定速度摇晃处理不小于2小时，制备出前驱体涂料；
[0021]称取一定质量比的前驱体涂料和添碳纳米导电功能填料，先后使用超声分散机进行分散，使用磁力搅拌器进行搅拌；
[0022]采用分层平行喷涂，且喷涂过程中通电加热，再利用砂纸均匀打磨，所述电加热层功率密度不超过1W/cm2。
[0023]作为上述方法的一种改进，所述步骤4)具体包括：
[0024]采用步骤1)制备的白色涂层涂料进行喷涂形成白色顶层，再使用砂纸对白色顶层进行打磨，着重处理台阶差位置，保证顶层整体厚度顺滑平整。
[0025]作为上述方法的一种改进，所述步骤5)具体包括：
[0026]在白色顶层上喷涂环氧树脂作为低温温敏涂料底漆，待固化干燥后，利用砂纸进行打磨；
[0027]选用钌基温敏漆进行喷涂，待干燥后利用砂纸打磨，厚度控制在30μm。
[0028]作为上述方法的一种改进，所述电热
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温敏复合涂层表面粗糙度不超过4μm。
[0029]另一方面，本专利技术提出了一种低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层，所述复合涂层由上述方法制备。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0031]1、本专利技术提供的复合敏感涂层可以为风洞试验模型表面与来流之间提供更为均匀、可控的温差，提高成像质量，可用于研究模型的表面流动结构，特别适用于低温环境下模型表面转捩位置的精确识别，具有较为广泛的工程应用价值；
[0032]2、本专利技术提供的复合涂层既可适应220K以下的低温，也适应110
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323K宽温域的风洞。
附图说明
[0033]图1是本专利技术的低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层制备方法流程图；
[0034]图2是本专利技术的方法制备的复合涂层在不同供电电压的转捩测量结果。
具体实施方式
[0035]该技术利用顶层TSP温度漆获取模型表面连续温度分布，利用底层碳纳米管电热
涂层在模型表面与风洞来流之间提供均匀、可控的温差。由于层流和湍流换热系数的显著差异，基于TSP获得表面连续温度变化判断转捩位置。
[0036]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0037]本专利技术提供一种低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层。
[0038]该方法主要包括以下步骤：称取一定质量比例的耐低温基体材料、功能填料、稀释剂混合搅拌均匀，制备白色底层前驱体涂料，称取一定质量比例前驱体涂料，添加绝缘、绝热功能填料使用超声分散机充分分散，制作白色底层涂料并喷涂在模型表面；铺设电热涂层供电电极；制备电加热层，其中电加热层将电极包裹，同时与白色底层相邻；喷涂绝缘、绝热白色顶层，制作材料与喷涂工艺与白色底层一致；在白色顶层上喷涂环氧树脂作为低温温敏涂料底漆；接着喷涂低温温敏涂料面漆；在地面低温试验箱验证涂层宽温域性能，若不符合性能指标要求，则返回重新制作，直至达到指标。
[0039]本专利技术提供了一种低温高雷诺数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层制备方法，所述方法包括：步骤1)制备白色涂层涂料，所述白色涂层涂料包括质量比为15:1
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17:1的前驱体涂料和绝缘绝热功能填料；步骤2)在风洞试验模型表面喷涂厚度不超过30μm的白色涂层涂料形成白色底层；步骤3)铺设电热涂层供电电极；制备厚度不超过70μm的电加热层，其中所述电加热层将供电电极包裹，同时与白色底层相邻；步骤4)喷涂厚度不超过30μm的白色涂层涂料形成白色顶层；步骤5)在白色顶层上喷涂厚度不超过30μm的环氧树脂作为低温温敏涂料底漆，再喷涂低温温敏涂料面漆，整个电热
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温敏复合涂层总厚度不超过150μm。2.根据权利要求1所述的低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层制备方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：称取一定质量比的耐低温基体材料、功能填料和稀释剂混合搅拌均匀，制备前驱体涂料；称取质量比为15:1
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17:1的前驱体涂料和绝缘绝热功能填料，使用超声分散机充分分散，制作白色涂层涂料。3.根据权利要求1所述的低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层制备方法，其特征在于，所述步骤2)包括：用设定口径的喷枪在6
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7个大气压下采用分层喷涂工艺喷涂白色底层，待每一层涂层干燥后，利用目砂纸均匀打磨，在打磨后彻底清理表面，用纯净氮气吹干，若发现划痕，使用砂纸去除划痕，并重新喷涂，完全干燥后再利用目砂纸重新打磨。4.根据权利要求1所述的低温高雷诺数风洞宽温域电热
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温敏复合涂层制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴继飞，李国帅，夏洪亚，陶洋，陈植，黄辉，王红彪，姚丹，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：