[发明专利]基于分布式温敏光纤的翼型表面边界层转捩位置测量方法

说明书

一种基于分布式温敏光纤的翼型表面边界层转捩位置测量方法，将温度光纤铺覆在翼型模型表面，利用分布式温敏光纤测量出流过物体表面气流的温度分布对流动转捩位置进行判断的方法。用背光反射计测量光纤中的背向瑞利散射光，获取损耗、光纤长度信息，增加传感模块后，能够使用普通单模光纤作为传感器，在70m范围内实现1cm空间分辨率、0.1℃温度分辨率的温度低频测试。相比于其他转捩测量技术，无论是在温度分辨率还是对转捩位置判断的空间精度均有提升。本发明无需像动态压力判断转捩那样在物体表面埋设动态压力传感器，又比壁面剪应力测量和红外热像仪一类的转捩测量判断方法易于实现、且空间分辨率高。

技术领域

本发明涉及物体表面流动转捩测量技术，具体是一种利用分布式温敏光纤测量流过物体表面气流的温度分布对流动转捩位置进行判断的方法。

背景技术

转捩是物体表面流体流动边界层由层流向湍流过渡的过程，流动边界层的转捩问题至今仍是流体力学研究的难题之一。转捩过程十分复杂，包含了层流失稳、T-S波的出现和放大、三维扰动的发展和流动涡的形成、流动二次失稳产生高频振荡和湍流斑、湍流斑扩大并发展为完全湍流等一系列复杂的非定常流动现象，这些现象会导致转捩区的速度脉动、压力脉动和热传导率等物理量出现显著地变化。因此，在边界层测量方面，主要有基于气动热测量、壁面剪切应力测量、脉动压力测量及流动显示的边界层转捩测量技术。当热传导率发生显著变化后，转捩区的温度就会显著变化，通过测量物体表面温度的变化就能够进行边界层转捩的判断。传统测温手段诸如热电偶、铂电阻能够实现单点温度测试，但如果固定在蒙皮或模型表面上对于气动外形有非常大的影响；近来发展起来的红外测温仪和热成像仪能够实现非接触式测量，但是温度分辨率为±2℃，而且气流扰动下，测试结果也会有较大偏差。

国内外专利检索尚无利用温敏光纤测量物体表面温度进而判断流动转捩位置相关技术的发明。

发明内容

为克服现有技术中存在的测试结果误差达的不足，本发明提出了一种基于分布式温敏光纤的翼型表面边界层转捩位置测量方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，翼型模型安装。

步骤2，铺设光纤：

铺设光纤时，将长度能够沿弦长方向绕翼型模型一周的光纤装入特氟龙套管内制成温度光纤，将所述温度光纤与光纤跳线熔接后。铺覆在所述翼型模型的表面。铺覆时，从翼型模型的下表面后缘出发，将所述温度光纤绕过翼型模型的前缘后折回向翼型模型的上表面后缘方向，将所述温度光纤铺设在翼型模型的表面上一周，使用聚酰亚胺胶带对温度光纤进行全覆盖粘贴固定。光纤跳线沿翼型模型后缘引出风洞。将光纤跳线在风洞外与光信号采集处理设备相连接。

步骤3，光纤位置标定：

具体过程是：

Ⅰ确定分布点：在翼型模型的上表面选n个弦向的分布点S_i，i＝1,2,3,……n；所述的n个弦向的分布点S_i均位于固定在翼型模型上表面的温度光纤下方5mm处。在翼型模型的下表面选n个弦向的分布点X_i，i＝1,2,3,……n；所述的n个弦向的分布点X_i均位于固定在翼型模型下表面的温度光纤下方5mm处。

Ⅱ在前缘上确定位置前缘位置点Q：所述前缘位置点Q应位于翼型模型1前缘的最前端，并位于确定有分布点的剖面。

Ⅲ确定温度光纤的长度区间。

所述确定温度光纤的长度区间是采用温度光纤测量翼型模型表面温度变化分布：启动光信号采集处理设备，试验前采集温度光纤获得的数据作为初始温度T₀。试验时再次采集获得的数据减去初始温度T₀后以温度变化分布给出，若状态不变化进行第二次采集则温度变化分布输出结果为零。