TSP 技术在转捩检测中的应用研究

TSP 技术在转捩检测中的应用研究

尚金奎;王鹏;陈柳生;衷洪杰;赵民

【摘要】在研究型风洞中进行 TSP 转捩检测技术的应用研究，以 NACA0012二元翼型为研究对象，获得了模型表面转捩位置。试验中应用了国内具有自主知识产权的 TSP 涂料，对模型进行了预加热，模型预加热的目的是提升TSP 涂层的温度敏感度，并增大模型表面层流区与湍流区之间的温度差。模型表面粘贴了标记点，目的是将其作为图像对准的控制点，同时，模型前缘附近的标记点也可以作为人工固定转捩的粗糙元，起到强制气流转捩的目的。试验马赫数为0．4，迎角α为0°～-4°，试验结果清晰地显示了模型表面的层流区与湍流区及其随迎角的变化，表明所用的 TSP 涂料在本试验中具有良好的适用性，模型前缘附近标记点也起到了粗糙元的作用。%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 transi-tion start-up roughness elements.The wind tunnel test condition is Mach 0.4 and angle of attack of 0°,-1°,-2°,-3°,-4°respe ctively.The test results clearly show the difference between the lam-inar 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 lead-ing

edge cause the transition from laminar flow to turbulent one functionated as roughness ele-ments in this test.

【期刊名称】《空气动力学学报》

【年(卷),期】2015(000)004

【总页数】6页(P464-469)

【关键词】TSP;转捩;NACA0012;温度测量;风洞试验

【作者】尚金奎;王鹏;陈柳生;衷洪杰;赵民

【作者单位】中航工业空气动力研究院，辽宁沈阳 110034;中航工业空气动力研究院，辽宁沈阳 110034;中国科学院化学研究所，北京 100190;中航工业空气动力研究院，辽宁沈阳 110034;中航工业空气动力研究院，辽宁沈阳 110034【正文语种】中文

【中图分类】V211.7

温敏涂料技术(TSP技术-Temperature Sensitive Paint)利用光学技术实现风洞模型(试件)表面温度分布的测量，它的基本原理是探针分子(TSP涂料中的活性成分)的荧光温度猝灭效应。它是一种“非介入式”的空气动力学试验技术，不需要对试件进行特别加工，对风洞流场不会产生影响，可以得到高品质的试验数据，并且由于TSP技术采用大面积喷涂的作业方式，所以能够获取整个试件表面准连续的温度分布数据。

TSP技术是同PSP技术同步发展起来的一种空气动力学试验技术。在航空航天技术发达的美国、欧洲和俄罗斯(前苏联)等国家和地区，TSP/PSP技术已经取得了突破性进展，在90年代末20世纪初进一步发展达到了比较成熟的状态，LIU等对

TSP/PSP理论和应用情况进行了系统的阐述［1］，AEDC在2006年已经建立了完善的模型全局准实时PSP压力测量风洞试验系统［2］，并应用于型号风洞试验，开始了大规模的生产型应用。对于TSP技术而言，目前看到的研究和应用，多集

中于高超声速风洞［3-4］和低温风洞中［5-7］，近年也有在其他方面的应用，

比如 Erich Schulein首先应用33～10 cm的EVO-RC木质螺旋桨模型对TSP转

捩探测技术进行了研究，后在Airbus Bremen的BLSWT风洞中应用直径0.392 m，具有8个叶片的螺旋桨进行了TSP转捩检测技术试验［8］。

我国在PSP技术研究方面，起步相对较晚，但是经过不断的努力，目前已经初步

具备了进行生产型应用的能力。张永存、陈柳生、尚金奎、周强等对PSP涂料及

其在风洞中的应用和数据处理技术进行了较为深入的研究［9-13］。在TSP研究

方面，我国目前仍处于研究的起步阶段，但也有多家科研机构和大专院校在进行相关研究:长春理工大学的孙晶等对TSP探针分子及其特性进行了持续的研究［14］;张扣立等在中国空气动力研究与发展中心0.6 m激波风洞中对TSP转捩检测技术

进行了研究，研究中使用了金属框架加配玻璃钢平板的实验模型，在玻璃钢平板模型上喷涂TSP涂料并设置了薄膜热流传感器，同时应用TSP技术和薄膜热流传感

器技术获得了模型表面的转捩位置，并对两种技术获得的转捩结果进行了比较［15］;周嘉穗等在中国空气动力研究与发展中心0.6 m激波风洞中应用温敏发光热图技术和铂薄膜热流传感器对带尖前缘平板钝舵模型表面的热流分布进行了研究［16］;中国科学院化学研究所的陈柳生等也在对TSP涂料进行研究，目前已经取得了一定的成绩，本研究中使用的TSP涂料就是由中国科学院化学研究所与中航

工业空气动力研究院联合研制的。

TSP技术用于转捩位置检测的基本原理是通过检测模型表面层流区与湍流区之间

的温度差，对层流区与湍流区进行区分。本研究着重于发展一种应用于暂冲式亚跨声速风洞的模型表面转捩位置检测技术，研究中使用了NACA0012二元翼型为测