Чувствительная к давлению краска

Чувствительная к давлению краска (PSP) — это метод измерения давления воздуха или местной концентрации кислорода, обычно в аэродинамических условиях. PSP представляет собой лакокрасочное покрытие, которое флуоресцирует при определенной длине волны освещения различной интенсивности в зависимости от давления внешнего воздуха, приложенного локально к его поверхности.

Как это работает

Поверхность модели окрашивается покрытием ПСП с помощью аэрографа или краскопульта автомобильного типа. PSP состоит из кислородочувствительного зонда, подвешенного в кислородопроницаемом связующем. Затем модель помещают в печь, чтобы слой PSP затвердел. После отверждения модель помещают в аэродинамическую трубу или соответствующую испытательную среду. Светодиодные лампы определенной длины волны используются для возбуждения чувствительного к давлению зонда внутри краски. После возбуждения чувствительный к давлению зонд переходит в состояние с более высокой энергией, где он может либо испустить фотон, либо погасить локально присутствующим кислородом. Этот конкурирующий процесс излучения и гашения определяет интенсивность реакции слоя краски. Результатом является более тусклая флуоресценция при более высоком давлении и более яркий отклик при более низком давлении.

Интенсивность, излучаемая поверхностью, затем регистрируется через фильтр длинных проходов с помощью ПЗС-камеры или камеры научного уровня и сохраняется для преобразования в давление с использованием заранее определенной калибровки. Изображения красочного слоя регистрируются при трех условиях. Изображение развертки в известных эталонных условиях, которые обычно являются стандартными атмосферными условиями с выключенным туннелем. Изображение с ветром в нагруженном состоянии, когда аэродинамическая труба работает в рабочем состоянии. И, наконец, фоновое изображение, на котором присутствующий окружающий свет фиксируется без источника освещения. Затем при обработке данных фоновое изображение вычитается из эталонного изображения разворота и изображения состояния наводнения. Фотографии поверхности можно получить снаружи испытательной части аэродинамической трубы, а это означает, что модель никогда не нужно трогать или трогать, чтобы получить распределение давления. Компьютерная фотография может использоваться для создания изображений в искусственных цветах , где цветовой диапазон соответствует изменениям давления.

Приложения

В связи с высокой стоимостью строительства самолетов первые конструкции предлагаемых самолетов обычно подвергаются аэродинамическим испытаниям в аэродинамических трубах . В этих туннелях модели (обычно субмасштабные) подвергаются воздействию воздушных потоков, имитирующих настоящий самолет в свободном полете. Аэродинамические силы, действующие на модель, измеряются и используются для прогнозирования реакции самолета на воздействие эквивалентных воздушных потоков.

Автомобили также подвергаются аэродинамическим испытаниям в аэродинамических трубах . Автомобильные компании используют данные, собранные в ходе этих испытаний, для измерения областей высокого и низкого давления. Эти данные помогают инженерам совершенствовать конструкции и повышать производительность транспортных средств. Изменяя эти конструкции, инженеры могут помочь сократить расход бензина и снизить уровень шума.

Для измерения аэродинамических сил на всю модель балочные весы к модели подключаются . Однако также необходимо понимать, как эти силы распределяются по аэродинамическим поверхностям самолета, и это понимание получить сложнее. Классический подход заключался в использовании набора датчиков давления для измерения распределения поверхностного давления на модели. Отводы давления обеспечивают ограниченное пространственное разрешение и часто ограничены геометрией модели, а интеграция в сложную геометрию может быть очень дорогой.

PSP представляет собой недорогую альтернативу, которая менее инвазивна, чем системы датчиков давления. PSP также обеспечивает превосходное пространственное разрешение: каждый пиксель камеры изображения действует как датчик давления. PSP может достичь точности измерений давления в пределах 150 Па при условии хорошей настройки и опыта.

Приложения PSP с временным разрешением включают импульсное возбуждение, задержку и стробирование устройств формирования изображений. Таким образом, можно определить перепады давления как функцию времени. В этом случае устройства формирования изображений должны быть синхронизированы с возбуждением. Многоканальные цифровые генераторы задержки/импульсов обеспечивают такую ​​синхронизацию.

Бинарная краска, чувствительная к давлению

Еще одной областью интересов было измерение поверхностного давления в низкоскоростных аэродинамических трубах. Бинарные системы PSP используются в низкоскоростных аэродинамических трубах, где градиенты давления невелики, а источники ошибок более значительны. Сдвиг модели между эталонным состоянием и состоянием нагрузки, изменение толщины краски, нестабильность лампы и температура являются существенными источниками ошибок в данных PSP. Двоичный PSP смягчает многие из этих источников ошибок, используя второй датчик слоя краски, известный как эталонный датчик. Этот эталонный датчик используется для компенсации влияния этих ошибок на создание высококачественных карт давления PSP на низких скоростях.

Преимущества

Самым большим преимуществом новой технологии является значительно сокращенное время подготовки по сравнению с установкой набора кранов для измерения давления. Эту же модель можно использовать для других испытаний, таких как испытания на несущую способность или испытания на отражение радара, поскольку PSP не будет мешать другой подготовке или настройке. Точек данных гораздо больше, чем у других методов. По сути, в каждом пикселе есть «отвод давления», а не ограничивается реальными отводами давления.