一种新型持续表面剪切力光学测量方法技术

本发明专利技术提供一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其解决了传统方法中分辨率低、干扰流场等缺陷；本发明专利技术方法包括：设计并制备纳米材料结构色器件，采用旋转加载方式，对纳米材料结构色器件进行校准，校准过程中，多次改变旋转加载方式的条件参数，确定出纳米材料结构色器件的颜色

【技术实现步骤摘要】
一种新型持续表面剪切力光学测量方法


[0001]本专利技术属于表面剪切力应力测量
，具体为一种新型持续表面剪切力光学测量方法。

技术介绍

[0002]流体与固体壁面之间的摩擦阻力，是流体动力学领域的一个重要参数。飞行器表面的摩擦阻力会显著影响飞行器的性能，边界层流动理论指出，在壁面附近的边界层内，流体的粘性起着重要作用；流体的粘性是产生壁面摩擦力的主要原因，摩擦阻力以切向力的形式作用在飞行器表面上，壁面边界层流态会从层流状态自然地发展为湍流状态；转捩的发生和湍流状态会导致流动能量损失加剧，摩擦阻力和壁面传热相应地大幅增加，此时，流体做功效率下降，颤震威胁加剧，会严重影响飞行器的飞行性能和飞行安全。此外，阻力系数的减小和升阻比的提高，对于飞行器的起飞重量和有效航程都有着至关重要的影响，因此相关技术的研究也在持续进行。
[0003]飞行器减阻研究需要以气动阻力的准确测量为基础，摩擦阻力是飞行器各部分表面受到的剪切力的合力，是高超声速飞行器气动阻力的重要组成部分；摩擦阻力的准确测量，无论是在理论研究中还是工程实际中，都具有重要意义，但壁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：S1、设计并制备纳米材料结构色器件；S2、采用旋转加载方式，对纳米材料结构色器件进行校准；S3、校准过程中，多次改变旋转加载方式的条件参数，确定出纳米材料结构色器件的颜色
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剪切力映射关系表，完成校准过程；S4、将校准完成的纳米材料结构色器件置入剪切力光学测量系统中，依据颜色
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剪切力映射关系表，完成飞行器模型表面剪切力的持续测量过程。2.根据权利要求1所述的一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其特征在于：步骤S3中，旋转加载方式具体为：将纳米材料结构色器件紧固于旋转加载台的一侧，并将校准质量块放置于纳米材料结构色器件的上表面；随后启动旋转加载台，纳米材料结构色器件在旋转加载台的转动下进行圆周运动；通过旋转过程，对纳米材料结构色器件施加离心力，进行校准。3.根据权利要求2所述的一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其特征在于：所施加的离心力的方向，与旋转加载台启动后产生的离心力方向相同；通过改变旋转加载台的旋转角速度，来改变施加离心力的大小，实现不同载荷条件下的校准过程。4.根据权利要求2所述的一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其特征在于：在旋转过程中，采用均质白光对纳米材料结构色器件持续照射，再通过CCD相机对纳米材料结构色器件的颜色持续拍摄，多次改变旋转加载台的旋转角速度后，记录不同离心力对于颜色的变化关系，得出纳米材料结构色器件的颜色
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剪切力映射关系表。5.根据权利要求4所述的一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其特征在于：校准过程中，所使用的校准质量块采用可见光透明材质；校准质量块放置于纳米材料结构色器件上表面的居中区域。6.根据权利要求4所述的一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其特征在于：记录不同离心力对于颜色的变化关系后，建立离心力和表面摩擦力的转化关系，再依据校准过程中CCD相机拍摄的颜色变化图像，实现对表面剪切力的实时校准。7.根据权利要求6所述的一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其特征在于：实时校准的具体过程如下：旋转加载台转动时，校准质量块产生的离心力为：式中，为校准质量块的质量，为校准质量块中心到旋转加载台中心转轴的距离，即纳米材料结构色器件中心点圆周运动的半径；为旋转加载台的旋转角速度；通过依次提高旋转加载台的旋转角速度，得到不同的离心力；随后，在校准质量块与纳米材料结构色器件发生相对位移前，可得到：式中，为校准质量块受到的摩擦力；在经过不同摩擦力大小的梯度校准试验后，得到摩擦力与纳米材料结构色器件的颜色之间的映射关系：
通过映射关系，确定颜色
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剪切力映射关系表。8.根据权利要求1所述的一种新型持续表面剪切力光学测量方法，其特征在于：步骤S4中，通过剪切力光学测量系统进行剪切力测量的具体过程为：将校准完成的纳米材料结构色器件粘贴固定于飞行器模型的表面，然后将飞行器模型安装于高速流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈植，彭昊，何彬华，张林，夏洪亚，黄振新，张兆，冯黎明，余皓，王良锋，唐新武，刘志勇，
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：