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压敏涂料PSP(PressureSensitivePaint)技术是基于发光分子的氧猝熄现象发展起来的一项技术。其基本使用原理是将一种特殊材料制成的具有压力传感器功能的压敏涂料喷涂到模型表面上,它在特定波长的激发光照射下,可发射出荧光。荧光强度场与压力场强有关,由高分辨率的数字式CCD摄像头摄取模型表面荧光强度的图像,通过计算机图像处理,可得到模型表面压力分布。到目前为止,世界航空技术先进的国家风洞中都进行了该项技术研究,并配置了相应的测试设备,达到了工程实用的水平。从目前的发展趋势上看:未来PSP技术将很有可能替代常规开孔压力测量试验技术。

PSP技术的优点在于无需单独另外加工复杂的测压模型,就可得到压力分布数据,而对一些薄翼及无法开孔的部件,只要光能照到,则可得到压力数据。而且是一种准非接触连续的压力分布测量技术,积分可得到全模型载荷。由于其模型表面荧光强度的变化对应于气动载荷分布变化,是实时的流谱,这些结果都具有很高的工程应用价值。

目前,国外普遍使用双分量PSP技术进行风洞试验。该技术工程应用时,较单分量PSP技术主要的优点是通过数据处理可消除激励光源的不稳定对试验结果的影响,因此激励光源可使用安装、维护方便的闪光灯,而不需要使用价格昂贵的激光器。同时,因采集试验数据的时间(闪光灯的工作时间)短,可用于准非定常测压试验。

由于国外已经有关于PSP技术的专著发表[1-2],同时,我们已经介绍了使用国产单分量PSP的PSP技术的应用研究工作[3-5],因此本文主要介绍中国航空工业空气动力研究院与中国科学院化学研究所对国产双分量PSP研制与开发,使用该涂料的PSP技术的应用研究工作。

1·压敏涂料

压敏涂料系统主要由五部分组成(见图1):压敏涂料、激励光源系统、校准系统、实验图像采集系统、实验图象处理系统。

1.1俄罗斯PSP产品的性能

表1给出了俄罗斯单分量LPS-L4涂料及双分量LPS-B1产品的技术指标。两者的差异为在相同的照射光照射下,单分量PSP可发射425nm~550nm波段的荧光,而双分量PSP除发射与单分量PSP相同波段的荧光外,还发射610nm~640nm波段的荧光。可在数字式CCD摄像头镜头前安装蓝色滤色镜片,滤除双分量PSP发射的610nm~640nm波段的荧光,采集在425nm~550nm波段的荧光(该波段的荧光强度,随压力变化而改变,称活性图像);可在数字式CCD摄像头前安装红色滤色镜片,滤除双分量PSP发射的425nm~550nm波段的荧光,采集610nm~640nm波段的荧光(该波段的荧光强度,不随压力及温度的变化而改变,仅与激励光源发射的光强度有关,称参照图像)。