基于温敏光纤的边界层转捩测量技术研究
发布时间：2021-11-03 16:34
利用LUNA公司的ODi SI-B光纤分布式传感系统,开展基于温敏光纤的高精度转捩测量技术研究。试验在NF-3低速风洞中进行。在钢架木质OA309旋翼翼型模型展向中剖面沿弦向开槽埋入电热丝及温敏光纤,用ODi SI-B光纤分布式传感系统测量翼型表面弦向温度分布,按照模型表面温度变化进行边界层转捩判断。通过牛顿冷却公式推导出换热系数比,并根据换热系数比的阶跃来判断转捩位置。结果表明:电热丝与光纤间距的不均匀会导致加热不均匀,进而影响转捩判断;在一定迎角范围下,无论是层流区域还是湍流区域内,温度下降量线重合,换热系数比曲线也重合;转捩区发生从层流线到湍流线跳跃的规律,可以用于边界层转捩判断;可以实现毫米级空间准度的转捩位置测量,得到的转捩位置结果与已有文献的结果一致,转捩判断结果随迎角和雷诺数的变化也符合气动规律。
【文章来源】：应用力学学报. 2019,36(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图7两种判据下转捩位置与文献[18]对比Fig.7TransitionpositioncomparisonaccordingtotwocriterionsandRef.[18]
gtotwocriterionsandRef.[18]文献[18]在6Re2.210下对OA309翼型进行了转捩位置测量，将温度阶跃段起始位置作为转捩位置。图7给出了根据温度下降量、换热系数比判断的转捩位置与文献[18]给出的转捩位置的对比。可以看出，在相同雷诺数下，转捩位置随迎角增大均向前移动。两种判据下的结果与文献结果吻合良好，说明开槽情况下使用温敏光纤进行转捩测量可得到高空间准度的结果。如果在后续研究中改进模型表面加热和光纤布置方法，则会得到更好的结果。6.4雷诺数对转捩位置的影响图8给出了4，不同Re条件下换热系数比的对比。与图6(b)所示转捩判断方法相同，对图8中三组曲线进行转捩判断，结果如表1所示。可以看出，转捩位置随雷诺数的增加向翼型前缘移动。图8不同雷诺数下换热系数比的对比(4)Fig.8ComparisonofheattransfercoefficientratiowithdifferentRe(4)表1各雷诺数下转捩位置(4)Tab.1TransitionpositionwithdifferentRe(4)Re0.5×1061.0×1062.0×106转捩位置(transitionposition)x/c0.24170.20570.17967结论本文利用温敏光纤测量翼型模型表面温度，通过对比不同迎角下的温度下降量和换热系数比来判断边界层转捩位置，得到了以下结论。1)基于温敏光纤的边界层转捩测量方法，利用温敏光纤进行翼型模型表面温度测量，通过边界层转捩区的温度和/或换热系数变化判断转捩，可以实现毫米级空间准度的转捩位置测量，具有空间测量准度高、易于实现的特点。2)将温敏光纤及加热丝直接粘贴到模型表面不易于实现边界层转捩判断；模型表面开槽埋入光纤和电热丝可以更好地实现高空间准度的转?
1254应用力学学报第36卷红外测量技术未能得到有效的数据。文献[6]在低速风洞利用分布式反馈光纤激光(DFB-FL)传感器对翼型模型表面进行了脉动压力测量，测量结果表明：层流区域压力脉动量小，信号平稳，湍流区域信号幅值较大且脉动频率高；在中间过渡区域，信号时而平稳时而波动，与贴在光纤同一弦长处的热膜所测得的信号脉动规律相同，可根据过渡区域脉动规律判断转捩。文献[14]在超音速来流下，应用温敏漆技术对钝头椭圆锥体进行了表面温度测量及转捩判断，研究表明，利用温敏漆技术可以得到模型表面完整的温度分布，模型中心线上温度分布与热流传感器得到的结果吻合良好。文献[5]在低速来流条件下应用热膜、油膜干涉和红外测量技术对二元层流翼型的自然转捩特性进行了试验研究，分析对比了各方法之间的联系和差异。文献[9]对主体为实木、外层有厚5mm玻璃钢的模型表面喷涂黑色亚光漆，使用远红外灯加热和红外热成像技术进行低速转捩测量，并与表面热膜转捩测量结果对比，两者吻合很好。文献[17]发展了一种探测翼型边界层转捩的热流传感器，其在低速条件下性能良好。文献[18]在研究旋翼气动性能时，利用红外成像技术对OA309翼型进行了转捩测量，得到了不同迎角下的转捩位置。升华法、温敏漆技术及红外成像技术均能由整体测量或者直接观察得到转捩，但是需在模型表面喷涂物质，喷涂物质的不均匀性会导致模型表面粗糙度发生改变，影响真实转捩的测量。升华法喷涂物大多为对人体及环境有害的物质，因此在应用方面还须谨慎。脉动压力测量法、表面热膜测量法及热流传感器测量结果均比较精确，但在模型表面布置困难、布点数量有限，会导致测量位置准度下降。油膜干涉测量对试验使用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]红外成像技术在金属模型转捩测量中的应用[J]. 何显中,袁强,黄明其,耿子海,袁红刚. 红外与激光工程. 2016(06)
[2]翼型边界层转捩热/油膜及红外测量技术的对比[J]. 董昊,耿玺,陆纪椿,史志伟. 南京航空航天大学学报. 2013(06)
[3]温敏漆技术及其在边界层转捩测量中的应用[J]. 张扣立,常雨,孔荣宗,周嘉穗,江涛,贾国鹏,刘祥. 宇航学报. 2013(06)
[4]典型直升机旋翼翼型气动特性试验研究[J]. 袁红刚,杨永东,杨炯,黄明其. 实验流体力学. 2013(01)
[5]利用表面脉动压力探测转捩的数据处理方法研究[J]. 王猛,高永卫,朱奇亮. 实验力学. 2012(06)
[6]红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术研究[J]. 耿子海,何显中,王勋年,陈鹏,张扬. 实验流体力学. 2010(06)
[7]应用脉动压力测试技术探测边界层转捩[J]. 胡成行,黄叙辉,李红梅,周文军. 流体力学实验与测量. 2002(02)
本文编号：3474006
【文章来源】：应用力学学报. 2019,36(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图7两种判据下转捩位置与文献[18]对比Fig.7TransitionpositioncomparisonaccordingtotwocriterionsandRef.[18]
gtotwocriterionsandRef.[18]文献[18]在6Re2.210下对OA309翼型进行了转捩位置测量，将温度阶跃段起始位置作为转捩位置。图7给出了根据温度下降量、换热系数比判断的转捩位置与文献[18]给出的转捩位置的对比。可以看出，在相同雷诺数下，转捩位置随迎角增大均向前移动。两种判据下的结果与文献结果吻合良好，说明开槽情况下使用温敏光纤进行转捩测量可得到高空间准度的结果。如果在后续研究中改进模型表面加热和光纤布置方法，则会得到更好的结果。6.4雷诺数对转捩位置的影响图8给出了4，不同Re条件下换热系数比的对比。与图6(b)所示转捩判断方法相同，对图8中三组曲线进行转捩判断，结果如表1所示。可以看出，转捩位置随雷诺数的增加向翼型前缘移动。图8不同雷诺数下换热系数比的对比(4)Fig.8ComparisonofheattransfercoefficientratiowithdifferentRe(4)表1各雷诺数下转捩位置(4)Tab.1TransitionpositionwithdifferentRe(4)Re0.5×1061.0×1062.0×106转捩位置(transitionposition)x/c0.24170.20570.17967结论本文利用温敏光纤测量翼型模型表面温度，通过对比不同迎角下的温度下降量和换热系数比来判断边界层转捩位置，得到了以下结论。1)基于温敏光纤的边界层转捩测量方法，利用温敏光纤进行翼型模型表面温度测量，通过边界层转捩区的温度和/或换热系数变化判断转捩，可以实现毫米级空间准度的转捩位置测量，具有空间测量准度高、易于实现的特点。2)将温敏光纤及加热丝直接粘贴到模型表面不易于实现边界层转捩判断；模型表面开槽埋入光纤和电热丝可以更好地实现高空间准度的转?
1254应用力学学报第36卷红外测量技术未能得到有效的数据。文献[6]在低速风洞利用分布式反馈光纤激光(DFB-FL)传感器对翼型模型表面进行了脉动压力测量，测量结果表明：层流区域压力脉动量小，信号平稳，湍流区域信号幅值较大且脉动频率高；在中间过渡区域，信号时而平稳时而波动，与贴在光纤同一弦长处的热膜所测得的信号脉动规律相同，可根据过渡区域脉动规律判断转捩。文献[14]在超音速来流下，应用温敏漆技术对钝头椭圆锥体进行了表面温度测量及转捩判断，研究表明，利用温敏漆技术可以得到模型表面完整的温度分布，模型中心线上温度分布与热流传感器得到的结果吻合良好。文献[5]在低速来流条件下应用热膜、油膜干涉和红外测量技术对二元层流翼型的自然转捩特性进行了试验研究，分析对比了各方法之间的联系和差异。文献[9]对主体为实木、外层有厚5mm玻璃钢的模型表面喷涂黑色亚光漆，使用远红外灯加热和红外热成像技术进行低速转捩测量，并与表面热膜转捩测量结果对比，两者吻合很好。文献[17]发展了一种探测翼型边界层转捩的热流传感器，其在低速条件下性能良好。文献[18]在研究旋翼气动性能时，利用红外成像技术对OA309翼型进行了转捩测量，得到了不同迎角下的转捩位置。升华法、温敏漆技术及红外成像技术均能由整体测量或者直接观察得到转捩，但是需在模型表面喷涂物质，喷涂物质的不均匀性会导致模型表面粗糙度发生改变，影响真实转捩的测量。升华法喷涂物大多为对人体及环境有害的物质，因此在应用方面还须谨慎。脉动压力测量法、表面热膜测量法及热流传感器测量结果均比较精确，但在模型表面布置困难、布点数量有限，会导致测量位置准度下降。油膜干涉测量对试验使用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]红外成像技术在金属模型转捩测量中的应用[J]. 何显中,袁强,黄明其,耿子海,袁红刚. 红外与激光工程. 2016(06)
[2]翼型边界层转捩热/油膜及红外测量技术的对比[J]. 董昊,耿玺,陆纪椿,史志伟. 南京航空航天大学学报. 2013(06)
[3]温敏漆技术及其在边界层转捩测量中的应用[J]. 张扣立,常雨,孔荣宗,周嘉穗,江涛,贾国鹏,刘祥. 宇航学报. 2013(06)
[4]典型直升机旋翼翼型气动特性试验研究[J]. 袁红刚,杨永东,杨炯,黄明其. 实验流体力学. 2013(01)
[5]利用表面脉动压力探测转捩的数据处理方法研究[J]. 王猛,高永卫,朱奇亮. 实验力学. 2012(06)
[6]红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术研究[J]. 耿子海,何显中,王勋年,陈鹏,张扬. 实验流体力学. 2010(06)
[7]应用脉动压力测试技术探测边界层转捩[J]. 胡成行,黄叙辉,李红梅,周文军. 流体力学实验与测量. 2002(02)
本文编号：3474006
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