尚金奎，王 鵬，陳柳生，衷洪杰，趙 民

(1.中航工業(yè)空氣動(dòng)力研究院，遼寧沈陽(yáng) 110034;2.中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，北京 100190)

TSP技術(shù)在轉(zhuǎn)捩檢測(cè)中的應(yīng)用研究

尚金奎1，*，王 鵬1，陳柳生2，衷洪杰1，趙 民1

(1.中航工業(yè)空氣動(dòng)力研究院，遼寧沈陽(yáng) 110034;2.中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，北京 100190)

在研究型風(fēng)洞中進(jìn)行TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究，以NACA0012二元翼型為研究對(duì)象，獲得了模型表面轉(zhuǎn)捩位置。試驗(yàn)中應(yīng)用了國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TSP涂料，對(duì)模型進(jìn)行了預(yù)加熱，模型預(yù)加熱的目的是提升TSP涂層的溫度敏感度，并增大模型表面層流區(qū)與湍流區(qū)之間的溫度差。模型表面粘貼了標(biāo)記點(diǎn)，目的是將其作為圖像對(duì)準(zhǔn)的控制點(diǎn)，同時(shí)，模型前緣附近的標(biāo)記點(diǎn)也可以作為人工固定轉(zhuǎn)捩的粗糙元，起到強(qiáng)制氣流轉(zhuǎn)捩的目的。試驗(yàn)馬赫數(shù)為0.4，迎角α為0°～-4°，試驗(yàn)結(jié)果清晰地顯示了模型表面的層流區(qū)與湍流區(qū)及其隨迎角的變化，表明所用的TSP涂料在本試驗(yàn)中具有良好的適用性，模型前緣附近標(biāo)記點(diǎn)也起到了粗糙元的作用。

TSP;轉(zhuǎn)捩;NACA0012;溫度測(cè)量;風(fēng)洞試驗(yàn)

0 引言

溫敏涂料技術(shù)(TSP技術(shù)-Temperature Sensitive Paint)利用光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞模型(試件)表面溫度分布的測(cè)量，它的基本原理是探針?lè)肿?TSP涂料中的活性成分)的熒光溫度猝滅效應(yīng)。它是一種“非介入式”的空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)，不需要對(duì)試件進(jìn)行特別加工，對(duì)風(fēng)洞流場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生影響，可以得到高品質(zhì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且由于TSP技術(shù)采用大面積噴涂的作業(yè)方式，所以能夠獲取整個(gè)試件表面準(zhǔn)連續(xù)的溫度分布數(shù)據(jù)。

TSP技術(shù)是同PSP技術(shù)同步發(fā)展起來(lái)的一種空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)。在航空航天技術(shù)發(fā)達(dá)的美國(guó)、歐洲和俄羅斯(前蘇聯(lián))等國(guó)家和地區(qū)，TSP/PSP技術(shù)已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，在90年代末20世紀(jì)初進(jìn)一步發(fā)展達(dá)到了比較成熟的狀態(tài)，LIU等對(duì)TSP/PSP理論和應(yīng)用情況進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述［1］，AEDC在2006年已經(jīng)建立了完善的模型全局準(zhǔn)實(shí)時(shí)PSP壓力測(cè)量風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)［2］，并應(yīng)用于型號(hào)風(fēng)洞試驗(yàn)，開(kāi)始了大規(guī)模的生產(chǎn)型應(yīng)用。對(duì)于TSP技術(shù)而言，目前看到的研究和應(yīng)用，多集中于高超聲速風(fēng)洞［3-4］和低溫風(fēng)洞中［5-7］，近年也有在其他方面的應(yīng)用，比如 Erich Schulein首先應(yīng)用33～10 cm的EVO-RC木質(zhì)螺旋槳模型對(duì)TSP轉(zhuǎn)捩探測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，后在Airbus Bremen的BLSWT風(fēng)洞中應(yīng)用直徑0.392 m，具有8個(gè)葉片的螺旋槳進(jìn)行了TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)［8］。

我國(guó)在PSP技術(shù)研究方面，起步相對(duì)較晚，但是經(jīng)過(guò)不斷的努力，目前已經(jīng)初步具備了進(jìn)行生產(chǎn)型應(yīng)用的能力。張永存、陳柳生、尚金奎、周強(qiáng)等對(duì)PSP涂料及其在風(fēng)洞中的應(yīng)用和數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行了較為深入的研究［9-13］。在TSP研究方面，我國(guó)目前仍處于研究的起步階段，但也有多家科研機(jī)構(gòu)和大專院校在進(jìn)行相關(guān)研究:長(zhǎng)春理工大學(xué)的孫晶等對(duì)TSP探針?lè)肿蛹捌涮匦赃M(jìn)行了持續(xù)的研究［14］;張扣立等在中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心0.6 m激波風(fēng)洞中對(duì)TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，研究中使用了金屬框架加配玻璃鋼平板的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在玻璃鋼平板模型上噴涂TSP涂料并設(shè)置了薄膜熱流傳感器，同時(shí)應(yīng)用TSP技術(shù)和薄膜熱流傳感器技術(shù)獲得了模型表面的轉(zhuǎn)捩位置，并對(duì)兩種技術(shù)獲得的轉(zhuǎn)捩結(jié)果進(jìn)行了比較［15］;周嘉穗等在中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心0.6 m激波風(fēng)洞中應(yīng)用溫敏發(fā)光熱圖技術(shù)和鉑薄膜熱流傳感器對(duì)帶尖前緣平板鈍舵模型表面的熱流分布進(jìn)行了研究［16］;中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的陳柳生等也在對(duì)TSP涂料進(jìn)行研究，目前已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，本研究中使用的TSP涂料就是由中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所與中航工業(yè)空氣動(dòng)力研究院聯(lián)合研制的。

TSP技術(shù)用于轉(zhuǎn)捩位置檢測(cè)的基本原理是通過(guò)檢測(cè)模型表面層流區(qū)與湍流區(qū)之間的溫度差，對(duì)層流區(qū)與湍流區(qū)進(jìn)行區(qū)分。本研究著重于發(fā)展一種應(yīng)用于暫沖式亞跨聲速風(fēng)洞的模型表面轉(zhuǎn)捩位置檢測(cè)技術(shù)，研究中使用了NACA0012二元翼型為測(cè)試對(duì)象，在小型研究型風(fēng)洞中進(jìn)行了熒光強(qiáng)度法的TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)研究。

1 預(yù)備知識(shí)

1.1 TSP技術(shù)基本知識(shí)

TSP技術(shù)是一種絕對(duì)溫度測(cè)量技術(shù)，它主要通過(guò)探針?lè)肿拥臒晒鉁囟肉缧?yīng)，在TSP熒光強(qiáng)度和當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度之間建立聯(lián)系。所謂探針?lè)肿拥臒晒鉁囟肉缧?yīng)是指模型表面TSP涂層所發(fā)出的熒光強(qiáng)度隨著當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度的升高而降低的現(xiàn)象，其本質(zhì)是TSP涂料中的探針?lè)肿邮艿郊ぐl(fā)光照射后，吸收激發(fā)光能量而處于激發(fā)態(tài)，這種處于激發(fā)態(tài)的探針?lè)肿邮遣环€(wěn)定的，它能夠通過(guò)向環(huán)境發(fā)出光子而回到基態(tài)，但隨著環(huán)境溫度的升高，探針?lè)肿影l(fā)光能力減弱或降低，也就是說(shuō)，隨著環(huán)境溫度的升高，越來(lái)越多的處于激發(fā)態(tài)的探針?lè)肿訒?huì)失去了發(fā)光的能力，從而使模型表面的TSP涂層在整體上表現(xiàn)為熒光強(qiáng)度減弱。

TSP涂層主要由基層和活性層組成，其中基層一般為白色涂層，主要目的是在模型表面和活性層間建立物理隔離，并反射激勵(lì)光和活性層發(fā)出的熒光，這在客觀上增強(qiáng)了活性層出射熒光的強(qiáng)度，有利于增大TSP涂層熒光圖像信噪比，圖1是TSP涂層基本結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)原理示意圖［1］。

1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)(圖2)通常由激勵(lì)光源系統(tǒng)、圖像(數(shù)據(jù))采集記錄系統(tǒng)、校準(zhǔn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。其中激勵(lì)光源用于照射TSP涂層，使TSP涂層中的探針?lè)肿犹幱诩ぐl(fā)態(tài)，并發(fā)出適當(dāng)強(qiáng)度的熒光，通常使用的激勵(lì)光源波長(zhǎng)在300～500 nm，TSP發(fā)出的熒光波長(zhǎng)通常在500～700 nm之間，主要的激勵(lì)光源包括LED燈、氙燈及激光器等;圖像(數(shù)據(jù))采集記錄系統(tǒng)用于采集并記錄TSP涂層所發(fā)出的熒光，通常使用的圖像(數(shù)據(jù))采集記錄系統(tǒng)包括CCD相機(jī)、PMT、PDA等;校準(zhǔn)系統(tǒng)主要用于在試驗(yàn)前建立TSP涂層溫度與熒光強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線(實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)曲線);數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要用于處理試驗(yàn)中獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，修正各種誤差，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)曲線將試驗(yàn)中獲得的熒光信息轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)，用于判斷轉(zhuǎn)捩。

圖2 TSP試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖［1］Fig.2 TSP test system［1］

1.3 TSP技術(shù)應(yīng)用于模型轉(zhuǎn)捩檢測(cè)的原理

TSP技術(shù)是一種光學(xué)測(cè)量技術(shù)，TSP涂層通過(guò)發(fā)射不同強(qiáng)度的熒光來(lái)反應(yīng)它所感受到的環(huán)境溫度(基于熒光強(qiáng)度的方法)。模型表面氣流發(fā)生轉(zhuǎn)捩后，轉(zhuǎn)捩前的層流區(qū)熱交換系數(shù)較小，而轉(zhuǎn)捩后的湍流熱交換系數(shù)較大，當(dāng)氣流與模型之間存在一個(gè)溫度差時(shí)，由于層流區(qū)與湍流區(qū)之間存在的這種熱交換率的差異，使得模型表面層流區(qū)與湍流區(qū)之間產(chǎn)生一個(gè)溫度差。TSP技術(shù)應(yīng)用于模型表面轉(zhuǎn)捩位置檢測(cè)就是基于模型表面層流區(qū)與湍流區(qū)之間存在的這個(gè)溫度差。

在亞跨聲速及不太高的超聲速條件下，氣流摩擦生熱非常有限，當(dāng)模型表面溫度高于氣流溫度時(shí)，由于湍流區(qū)熱交換系數(shù)大，所以氣流將帶走更多的熱量，模型表面表現(xiàn)為湍流區(qū)溫度較層流區(qū)低，即此時(shí)湍流區(qū)TSP涂層熒光強(qiáng)度更高。反之，當(dāng)模型表面溫度低于氣流溫度時(shí)，湍流區(qū)將會(huì)從氣流中吸收更多熱量，表現(xiàn)為湍流區(qū)溫度較層流區(qū)高，即此時(shí)湍流區(qū)TSP涂層熒光強(qiáng)度較層流區(qū)更低。為了使模型表面層流區(qū)與湍流區(qū)之間產(chǎn)生足夠的溫度差，通常可以采用兩種途徑，其一，加熱或制冷模型;其二，加熱或制冷氣流。

在高馬赫數(shù)條件下，由于氣流的摩擦生熱可以在模型表面層流區(qū)與湍流區(qū)之間產(chǎn)生顯著的溫度差，TSP技術(shù)可以直接利用這個(gè)溫差來(lái)區(qū)分模型表面的層流區(qū)與湍流區(qū)。

2 涂料、試驗(yàn)設(shè)備和模型

2.1 TSP涂料

TSP涂料是TSP技術(shù)的物質(zhì)載體，其性能對(duì)試驗(yàn)效果起著決定性影響。TSP涂料通常包含底層涂料和活性層涂料，其中底層涂料一般由TiO2和樹(shù)脂組成，其主要作用是在模型表面和TSP活性層之間建立物理隔離，而且白色的底層涂料也具有反射激勵(lì)光及活性層熒光的作用?；钚詫又邪糜诋a(chǎn)生熒光的探針?lè)肿印⑤d體及固化劑等，其中的探針?lè)肿釉谔囟úㄩL(zhǎng)激發(fā)光的照射下，能夠發(fā)出一定波長(zhǎng)的熒光，通常情況下這個(gè)熒光的波長(zhǎng)比激發(fā)光長(zhǎng)。

本研究中使用的616型TSP涂料是專門為暫沖式跨聲速風(fēng)洞轉(zhuǎn)捩檢測(cè)試驗(yàn)研制的，這種涂料溫度適用范圍約為-20℃ ～80℃，激發(fā)波長(zhǎng)為400 nm，熒光中心波長(zhǎng)在650 nm左右，壓力敏感度指標(biāo)接近于0，溫度敏感度指標(biāo)在低溫段較低，隨著溫度的升高其溫度敏感度指標(biāo)增長(zhǎng)較快，但由于溫度猝滅效應(yīng)的作用，其在高溫段熒光強(qiáng)度較弱，在30℃附近時(shí)溫度敏感度指標(biāo)約為2%/℃，涂料10℃ ～40℃的I/Iref-t實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖3。

圖3 TSP涂料實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)曲線Fig.3 TSP calibration curve

2.2 風(fēng)洞、模型和試驗(yàn)設(shè)備

研究中使用的風(fēng)洞為中航工業(yè)空氣動(dòng)力研究院模型風(fēng)洞，它是一座研究性質(zhì)的暫沖下吹式亞、跨聲速風(fēng)洞，具有一個(gè)截面尺寸為214 mm×214 mm(寬×高)的試驗(yàn)段，M數(shù)范圍為0.4～1.2。

試驗(yàn)中使用的模型是由中航工業(yè)空氣動(dòng)力研究院設(shè)計(jì)、加工的NACA0012二元翼型(圖4)，模型材質(zhì)為電木。模型展長(zhǎng)214 mm，弦長(zhǎng)100 mm。

圖4 試驗(yàn)中使用的噴涂有TSP涂料的NACA0012Fig.4 Painted TSP NACA0012 model

研究中使用的TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括LM2XX-DM型LED光源(圖5)、AVT GX1050型CCD相機(jī)、專用校準(zhǔn)系統(tǒng)以及應(yīng)用MATLAB開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件。其中LM2XX-DM型LED光源中心波長(zhǎng)為400 nm，光功率為8～12 W，AVT GX1050型CCD相機(jī)最大分辨率1 024×1 024，灰度階14 Bit，試驗(yàn)過(guò)程中其鏡頭前安裝了長(zhǎng)通濾光片。

圖5LM2XX-DM型LED光源Fig.5LM2XX-DM LED

3 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理

3.1 試驗(yàn)方法

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于一個(gè)確定的TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)，使用更高溫度敏感度的TSP涂料將得到更高質(zhì)量的轉(zhuǎn)捩圖像。從圖3中的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)曲線來(lái)看，616型TSP涂料隨著溫度的升高，其溫度敏感度增大。但由于TSP涂料是一種高分子材料，過(guò)高的溫度將使其遭到破壞，本研究中對(duì)模型進(jìn)行了加熱，加熱溫度約為60℃，這樣即能夠保證TSP涂層不被破壞，在激勵(lì)光源的照射下能夠產(chǎn)生足夠亮度的熒光，同時(shí)也提高了TSP涂層的溫度敏感度，而且對(duì)模型加熱也會(huì)增大風(fēng)洞氣流與模型之間的溫度差，進(jìn)而起到增大模型表面層流區(qū)與湍流區(qū)之間溫差的效果。

在試驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，試驗(yàn)采用了固定模型迎角進(jìn)行吹風(fēng)的模式，每一個(gè)試驗(yàn)車次完成一個(gè)試驗(yàn)狀態(tài)的圖像(數(shù)據(jù))采集，試驗(yàn)時(shí)M數(shù)為0.4，試驗(yàn)迎角為0°～-4°。

試驗(yàn)進(jìn)行前，首先采集了未吹風(fēng)狀態(tài)下的基準(zhǔn)圖像和基準(zhǔn)暗圖像。試驗(yàn)過(guò)程中，依次完成試驗(yàn)前暗圖像、試驗(yàn)前參考圖像、試驗(yàn)中運(yùn)行圖像、試驗(yàn)后參考圖像和試驗(yàn)后暗圖像采集，其中試驗(yàn)前暗圖像和試驗(yàn)后暗圖像分別是在試驗(yàn)前、后關(guān)閉LED光源的情況下采集的，試驗(yàn)前參考圖像和試驗(yàn)后參考圖像分別是在試驗(yàn)前、后LED光源處于打開(kāi)且風(fēng)洞無(wú)風(fēng)的狀態(tài)下采集的，試驗(yàn)中運(yùn)行圖像是在風(fēng)洞開(kāi)車且LED光源處于打開(kāi)狀態(tài)下采集的。

需要說(shuō)明的一點(diǎn)是首先采集的未吹風(fēng)狀態(tài)下的基準(zhǔn)圖像和基準(zhǔn)暗圖像是在模型加熱前采集的，用作整個(gè)實(shí)驗(yàn)的基準(zhǔn)圖像，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采集的試驗(yàn)前暗圖像及參考圖像是在模型加熱后，進(jìn)行每個(gè)風(fēng)洞吹風(fēng)車次之前采集的。

進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)實(shí)際使用了未吹風(fēng)狀態(tài)下的基準(zhǔn)圖像和暗圖像、試驗(yàn)中運(yùn)行圖像以及試驗(yàn)后暗圖像，試驗(yàn)過(guò)程中采集的其他圖像主要用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和檢查。其中未吹風(fēng)狀態(tài)下的基準(zhǔn)圖像作為參考狀態(tài)圖像使用。

3.2 數(shù)據(jù)處理

在一定溫度范圍內(nèi)，TSP涂料熒光強(qiáng)度和絕對(duì)溫度之間的關(guān)系可以用阿列紐斯(Arrhenius)公式描述［1］:

式中，I(T)表示當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度下TSP涂層發(fā)出的熒光強(qiáng)度，I(Tref)表示參考(或基準(zhǔn))狀態(tài)下TSP涂層發(fā)出的熒光強(qiáng)度，這兩個(gè)參數(shù)通常是使用CCD相機(jī)記錄的模型表面TSP涂層的熒光強(qiáng)度圖像;Enr是無(wú)輻射過(guò)程活化能;R是通用氣體常數(shù);Tref是參考溫度，K;T是當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度，K。通常，在實(shí)際使用時(shí)也使用下面的經(jīng)驗(yàn)公式［1］:

式(2)中，f(T/Tref)可以是一個(gè)多項(xiàng)式、指數(shù)形式或其他形式的函數(shù)。

在風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)通常需要采集多組圖像進(jìn)行平均處理，以盡可能的提高數(shù)據(jù)的可靠性和精準(zhǔn)度，而且由于試驗(yàn)過(guò)程中通常會(huì)有模型的震動(dòng)位移及一定的形變，所以在應(yīng)用公式(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理前，需要對(duì)CCD相機(jī)采集的圖像進(jìn)行一定的處理，包括圖像對(duì)準(zhǔn)、形變修正、背景去除等操作。結(jié)合2.1部分中的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)曲線和公式(2)就可以得到模型表面的溫度分布，進(jìn)而判斷模型表面存在的轉(zhuǎn)捩。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖6顯示了馬赫數(shù)0.4，模型迎角由0°變化到-4°情況下模型表面的溫度分布(相對(duì)量)情況。

本研究中，模型在風(fēng)洞試驗(yàn)前被加熱，模型本身為熱體，風(fēng)洞氣流為冷體，由于湍流區(qū)熱交換系數(shù)比層流區(qū)大，湍流氣流帶走了更多的熱量，湍流區(qū)模型表面溫度比層流區(qū)低，所以總體上，圖中湍流區(qū)顏色向低溫區(qū)偏離，層流區(qū)顏色向高溫區(qū)偏離。

圖6中標(biāo)記數(shù)字處(1到12)為標(biāo)記點(diǎn)所在位置，標(biāo)記點(diǎn)是粘附在TSP涂層表面的，其沿流向在模型表面設(shè)置了4個(gè)，沿展向設(shè)置了3行，組成了一個(gè)3行4列的標(biāo)記點(diǎn)陣列。從客觀上看，標(biāo)記點(diǎn)起到了轉(zhuǎn)捩柱或粗糙元的作用，在模型前緣附近的標(biāo)記點(diǎn)(第7、9、11標(biāo)記點(diǎn))后氣流發(fā)生了轉(zhuǎn)捩，這在圖中可以非常清晰的看到，前緣附近標(biāo)記點(diǎn)后拖出了尖劈狀的湍流區(qū)，隨著模型迎角向負(fù)角度增大，模型表面層流區(qū)面積向下游擴(kuò)展，尖劈狀的湍流區(qū)也被“抻長(zhǎng)”。

圖6 M0.4 NACA0012模型表面轉(zhuǎn)捩結(jié)果圖像Fig.6 Transition pictures of NACA0012 at M=0.4

圖6中也有一些前部沒(méi)有標(biāo)記點(diǎn)的湍流“尖劈”區(qū)，即這些湍流區(qū)不是由于標(biāo)記點(diǎn)引起的。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)后模型的檢查發(fā)現(xiàn)，有一些雜質(zhì)粘附到了模型前緣附近。同時(shí)在TSP噴涂時(shí)由于噴涂工藝及施工環(huán)境的影響，在模型表面TSP涂層中也有一些顆粒狀的物質(zhì)。粘附在模型前緣附近的雜質(zhì)和TSP涂層中的顆粒物可能是造成氣流轉(zhuǎn)捩的原因。另外，在模型后緣附件存在一個(gè)明顯的“高溫區(qū)”，特別是隨著迎角的變化，這個(gè)區(qū)域表現(xiàn)的越來(lái)越明顯，這是由于在TSP涂料噴涂到模型上后，TSP涂料由于重力的作用流動(dòng)到模型后緣并積聚，形成了一個(gè)涂層厚度遠(yuǎn)大于正常厚度的區(qū)域，可能是由于熱量蓄積原因，導(dǎo)致了這個(gè)區(qū)域隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，表現(xiàn)的與其他區(qū)域的溫差增大。

另外，圖6中的模型后部區(qū)域相對(duì)于中部的湍流區(qū)表現(xiàn)為高溫區(qū)，這明顯不是一種正常現(xiàn)象，可能的原因是模型后部與CCD相機(jī)或光源照射角度過(guò)大，另外，圖像對(duì)準(zhǔn)偏差也可能是重要原因之一，這需要在后續(xù)試驗(yàn)中進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論與展望

根據(jù)TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)和需要搭建了一套TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)，研發(fā)了適用于暫沖式跨聲速風(fēng)洞的 TSP涂料，在研究型風(fēng)洞中應(yīng)用 NACA0012二元翼型進(jìn)行了轉(zhuǎn)捩位置檢測(cè)試驗(yàn)研究，獲得了模型表面的轉(zhuǎn)捩位置。

從本研究來(lái)說(shuō)得到的是一個(gè)初步結(jié)果，由于研究關(guān)注于TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用，重點(diǎn)在于模型表面的溫度梯度，沒(méi)有進(jìn)行具體的溫度測(cè)量，這是后續(xù)需要研究的一個(gè)重要方向。

總體上來(lái)說(shuō)，TSP轉(zhuǎn)捩檢測(cè)技術(shù)研究在我國(guó)處于起步階段，有許多問(wèn)題需要深入研究，比如TSP涂料性能指標(biāo)的提升、溫度測(cè)量數(shù)據(jù)的修正和校準(zhǔn)、轉(zhuǎn)捩位置的判讀和準(zhǔn)確性等。

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Application research of TSP technique in transition detection

Shang Jinkui1，*，Wang Peng1，Chen Liusheng2，Zhong Hongjie1，Zhao Min1
(1.AVIC Aerodynamics Research Institute，Shenyang 110034，China; 2.Institute of Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)

A wind tunnel test which uses TSP transition detection technique is introduced.The NACA0012 model is uniformly covered with TSP developed by AVIC ARI and ICCAS，and the model is heated before wind tunnel running to increase the temperature difference between laminar flow area and turbulent flow area around the model surface.The marks are stuck to the TSP coat which will be used in the image processing，and some of them will be used as the transition start-up roughness elements.The wind tunnel test condition is Mach 0.4 and angle of attack of 0°，-1°，-2°，-3°，-4°respectively.The test results clearly show the difference between the laminar flow area and the turbulent flow area of the model surface，and the change along with the model angle of attack.It is shown that the TSP works well，and the marks near the model leading edge cause the transition from laminar flow to turbulent one functionated as roughness elements in this test.

TSP;transition;NACA0012;temperature measurement;wind tunnel test

V211.7

A

10.7638/kqdlxxb-2014.0034

0258-1825(2015)04-0464-06

2014-05-12;

2014-06-19

尚金奎*(1976-)，男，山東人，高級(jí)工程師，研究方向:流動(dòng)顯示與測(cè)量.E-mail:523664270@qq.com

尚金奎，王鵬，陳柳生，等.TSP技術(shù)在轉(zhuǎn)捩檢測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)，2015，33(4):464-469.

10.7638/kqdlxxb-2014.0 Shang J K，Wang P，Chen L S，et al.Application research of TSP technique in transition detection［J］.Acta Aerodynamica Sinica，2015，33(4):464-469.