快速响应压力敏感涂料截止频率实验研究

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27556

流体力学与飞行力学

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快速响应压力敏感涂料截止频率实验研究

高丽敏¹^,²(), 欧阳波¹^,², 姜衡¹^,², 葛宁¹^,², 李瑞宇³

^1.西北工业大学动力与能源学院，西安 710072
^2.西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室，西安 710072
^3.西安交通大学航天航空学院，西安 710049

收稿日期:2022-05-31 修回日期:2022-06-22 接受日期:2022-07-20 出版日期:2023-06-15 发布日期:2022-07-25
通讯作者: 高丽敏 E-mail:gaolm@nwpu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(51790512);高等学校学科创新引智计划(B17037);民机专项;西北工业大学博士论文创新基金(CX202009)

Experimental study on cut-off frequency of fast response pressure sensitive paint

Limin GAO¹^,²(), Bo OUYANG¹^,², Heng JIANG¹^,², Ning GE¹^,², Ruiyu LI³

^1.School of Power and Energy，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^2.National Key Laboratory of Aerodynamics Design and Research，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^3.School of Astronautics，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China

Received:2022-05-31 Revised:2022-06-22 Accepted:2022-07-20 Online:2023-06-15 Published:2022-07-25
Contact: Limin GAO E-mail:gaolm@nwpu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(51790512);The 111 Project(B17037);MIIT Project;Doctoral Thesis Innovation Fund of Northwestern Polytechnical University(CX202009)

摘要/Abstract

摘要：

快速响应压力敏感涂料（PSP）测量技术在获取模型表面动态压力这一关键参数上具有广阔的应用前景，而聚合物粘结剂作为快速响应PSP的重要组成部分，其结构对涂料的性能有着决定性的影响。针对两类聚合物支链长度不同的快速响应压力敏感涂料，在正弦波型高频动态压力光学校准系统中采用光强法对涂料进行测量，获得不同的压力脉动频率下涂料发射光强的时域变化结果。通过对测得的原始压力及光强信号进行滤波获得了不同频率下压敏涂料的发光响应对压力变化的跟随性；对压力及光强信号进行快速傅里叶变换获得各压敏涂料的截止频率。结果显示两类压敏涂料截止频率分别为1.8~3.8 kHz和4.7~9.0 kHz，压敏涂料的截止频率与聚合物酯基链长度具有正相关性。采用的测量方法可有效获取PSP的动态参数，相较于传统阶跃型校准方案，更能为工程上PSP校准和应用需求提供参考和借鉴。

关键词: 快速响应PSP, 校准方法, 动态特性, 聚合物结构, 截止频率

Abstract:

Fast response Pressure Sensitive Paint （PSP） measurement technology has a broad application prospect in obtaining the dynamic pressure which is a key parameter of model surface. The structure the polymer binder， an important part of fast response PSP， has a decisive impact on the performance of PSP. For two types of fast response pressure sensitive paints with different branch lengths of polymer， the intensity method was used to measure the paints in a high frequency dynamic pressure optical calibration system based on sinusoidal wave. The time-domain variation results of the emission intensity of the PSP under different pressure pulsation frequencies were obtained. After filtering the measured original pressure and intensity signals， the following behaviors of the luminescent response of pressure-sensitive paints to pressure changes at different frequencies was obtained. The pressure and intensity signals were processed by fast Fourier transform to obtain the cut-off frequency of each pressure-sensitive paint. The results show that the cut-off frequencies of the two kinds of pressure sensitive paints are between 1.8–3.8 kHz and 4.7–9.0 kHz respectively. The cut-off frequency of the pressure sensitive paints is positively correlated with the branched chain length of the polymer. The measurement method used can effectively obtain the dynamic parameters of PSP. Compared with the traditional step calibration scheme， this technology can provide a reference for the calibration and application needs of PSP in engineering.

Key words: fast response PSP, calibration method, dynamic characteristics, polymer structure, cut-off frequency

中图分类号:

V231.3

高丽敏, 欧阳波, 姜衡, 葛宁, 李瑞宇. 快速响应压力敏感涂料截止频率实验研究[J]. 航空学报, 2023, 44(11): 127556-127556.

Limin GAO, Bo OUYANG, Heng JIANG, Ning GE, Ruiyu LI. Experimental study on cut-off frequency of fast response pressure sensitive paint[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(11): 127556-127556.

图/表 12

图 1

图 2

图 3

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表1

图 5

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图 8

图 9

图 10

表2

参考文献 23

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

仪器	参数	性能指标
动态校准舱	基频/kHz	0.4
	有效工作频率/kHz	≤20.0
	频率调节方式	连续可调
	最大压力幅值/kPa	4.37
	功率放大倍数	1.5~2.0
扬声器	最大功率/W	150， 200
	低音频响范围/Hz	78~6 200
	低音灵敏度/dB	93±2
	高音频响范围/kHz	1.5~20.0
	高音灵敏度/dB	108

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样片编号	截止频率/kHz	样片编号	截止频率/kHz
1		7	2.0
2	6.3	8	1.8
3		9	2.0
4	9.0	10	2.2
5	4.7	11	2.2
6	7.3	12	3.0
		13	3.8