稀薄气体环境高灵敏度高稳定性压力敏感涂料开发与表征

doi:10.7527/S1000-6893.2024.31443

流体力学与飞行力学

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稀薄气体环境高灵敏度高稳定性压力敏感涂料开发与表征

吴靖¹, 陈培辉¹, 黄赞强¹, 黄峰¹, 李国帅²()

^1.福州大学机械工程及自动化学院，福州 350108
^2.中国空气动力研究中心高速空气动力研究所，绵阳 621000

收稿日期:2024-10-25 修回日期:2024-11-22 接受日期:2024-12-12 出版日期:2024-12-18 发布日期:2024-12-18
通讯作者: 李国帅 E-mail:gli221132@126.com

Development and characterization of pressure-sensitive paint with high sensitivity and constancy in rarefied gas environments

Jing WU¹, Peihui CHEN¹, Zanqiang HUANG¹, Feng HUANG¹, Guoshuai LI²()

^1.College of Mechanical Engineering and Automation，Fuzhou University，Fuzhou 350108，China
^2.High-speed Aerodynamic Institute，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China

Received:2024-10-25 Revised:2024-11-22 Accepted:2024-12-12 Online:2024-12-18 Published:2024-12-18
Contact: Guoshuai LI E-mail:gli221132@126.com

摘要/Abstract

摘要：

在低压条件下准确测量航天器模型的表面压力分布，有助于对空间探测器进行优化设计。压力敏感涂料（PSP）是一种非接触式的全场表面压力分布光学测量技术。为了在稀薄气体环境中应用PSP技术，需要开发在低压条件下具有高压力灵敏度、高压力灵敏度稳定性的PSP以实现微小压力测量。以长发光寿命发光分子PdTFPP、高透氧聚合物室温硫化硅橡胶（RTV），结合不同种类、含量的微纳颗粒，开发压力敏感涂料，研究了颗粒种类、颗粒含量、分散剂对压力敏感涂料稳态性能的影响。实验结果表明，采用介孔二氧化硅（mSiO₂）作为微纳颗粒的聚合物-陶瓷压力敏感涂料（PC-PSP），相比其他微纳颗粒，表现出更高的压力灵敏度和更低的光降解率。颗粒含量达到70wt%且不使用分散剂制备的PdTFPP/mSiO₂-RTV，压力灵敏度、压力灵敏度稳定性分别为80.72%/kPa、99.44%，并且其温度敏感度、光降解率分别为-0.9%/K、-0.09%/min。通过对比其他基于高氧透过性聚合物的PSP，证明了PdTFPP/mSiO₂-RTV（70wt%）更适用于低压条件下的稳态微小压力测量。

关键词: 压力敏感涂料, 稀薄气体环境, 稳态性能, 压力灵敏度, 压力灵敏度稳定性

Abstract:

Accurate measurement of the surface pressure distribution of spacecraft models under low-pressure conditions contributes to the optimal design of space probes. Pressure-Sensitive Paint （PSP） is a non-contact technique for optical measurement of full-field surface pressure distribution. To apply the PSP technology in rarefied gas environments， PSP with high pressure sensitivity and high pressure sensitivity constancy at low pressures needs to be developed. This paper uses PdTFPP， a luminophore with long luminescence life， Room-Temperature Vulcanized （RTV） silicone rubber， a polymer with high oxygen permeability， and micro-nano-particles with different types and contents to develop pressure-sensitive paints. The influences of the particle type， particle contents， and dispersants on the static performances of the PSP are investigated. Experimental results indicate that the Polymer-Ceramic Pressure-Sensitive Paint （PC-PSP）， employing mesoporous silica （mSiO₂） as the micro-nano-particles， exhibits higher pressure sensitivity and lower photodegradation rate compared to other micro-nano-particles. PdTFPP/mSiO₂-RTV， with a particle content of 70wt% and prepared without dispersant， has a pressure sensitivity and pressure sensitivity constancy of 80.72%/kPa and 99.44%， respectively， and its temperature sensitivity and photodegradation rate are -0.9%/K and -0.09%/min， respectively. In comparison to other PSP based on highly oxygen permeable polymers， PdTFPP/mSiO₂-RTV （70wt%） is demonstrated to be more suitable for static small pressure measurements in low pressure environments.

Key words: pressure sensitive paint, rarefied gas environment, static performance, pressure sensitivity, pressure sensitivity constancy

中图分类号:

V411.7

吴靖, 陈培辉, 黄赞强, 黄峰, 李国帅. 稀薄气体环境高灵敏度高稳定性压力敏感涂料开发与表征[J]. 航空学报, 2025, 46(14): 131443.

Jing WU, Peihui CHEN, Zanqiang HUANG, Feng HUANG, Guoshuai LI. Development and characterization of pressure-sensitive paint with high sensitivity and constancy in rarefied gas environments[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(14): 131443.

图/表 16

表1

图1

图2

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参考文献 30

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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

名称	颗粒含量/wt%	分散剂	溶剂
PdTFPP/TiO₂-RTV	90	无	甲苯
PdTFPP/SiO₂-RTV	90	无	甲苯
PdTFPP/mSiO₂-RTV	10~90	无	甲苯
PdTFPP/mSiO₂-RTV	70	Tween80（1wt%~2wt%）	甲苯
PdTFPP/mSiO₂-PTMSP	90	无	甲苯
PdTFPP/mSiO₂-B1000	90	无	甲醇
PdTFPP/PTMSP		无	甲苯

颗粒含量/wt%	温度敏感度/（%·K^-1）	光降解率/（%·min^-1）
10	-1.94	-0.44
20	-1.56	-0.53
30	-1.28	-0.66
40	-1.08	-0.58
50	-0.75	-0.39
60	-1.08	-0.25
70	-0.90	-0.09
80	-0.74	-0.07
90	-0.74	-0.09

稀薄气体环境高灵敏度高稳定性压力敏感涂料开发与表征

Development and characterization of pressure-sensitive paint with high sensitivity and constancy in rarefied gas environments

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