[实用新型]基于微型柔性热膜传感器阵列的攻角测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机大气数据系统攻角传感器，尤其是涉及基于微型柔性热膜传感器阵列的攻角测量装置。

背景技术

对于翼型而言，攻角一般定义为翼弦与来流速度之间的夹角，抬头为正，低头为负，常用符号α表示。攻角大小与飞行器的空气动力密切相关，飞行器的升力系数和阻力系数都是攻角的函数[1]，所以攻角是一种非常重要的机载大气数据系统信息。攻角的获取方式不一，主要分为基于传统的攻角传感器测定和基于大气数据系统进行直接解算两种方向，但现有方式都有一定的缺陷，有待改进[2]。

热线测量技术一直是流体测速领域的主要技术之一[3]。但热线敏感元件容易断裂、破损和污染，维护成本高，限制了热线风速仪的使用环境。针对以上的热线特性，Ling等人引入了热膜作为研究湍流度的工具，热膜具有不易氧化和损坏，热电特性稳定的特点[4-5]，可在工业环境中长期可靠使用。

热敏阵列已经被广泛用来测量边界层分离点和进行流动可视化研究[6-7]，此外，也被用来测量平板流动方向[8-9]。随着MEMS技术的发展，美国加州理工大学的Fu Kang Jiang,Chih-Ming Ho教授已经成功利用微型掺杂多晶硅作为热敏元件检测出三角翼前缘表面的流体分离点[10]，一般的MEMS微传感器是基于硅基的非柔性器件，仅能够对平面或曲率很小的表面的流场情况进行测量[11-12]，然而在实际应用中，更多地需要能够适应各种非平面表面的测量，甚至是高曲率表面的测量，这使得传统的硬质衬底的MEMS传感器受到了限制，较难完成这一任务。近年来，聚合物作为MEMS应用中一类新的重要材料脱颖而出，实现了柔性微传感器制作工艺与常规微加工工艺的兼容，解决了电连接、阻值精度、阻值稳定性、表面封装等难题，能够实现复杂表面的温度、剪应力分布式测量，得到了较好的实验结果。

随着技术的发展，高性能飞行器需要在更大的攻角条件下以更快的速度飞行，材料表面温度迅速升高，攻角测量范围变大，所以需要对不同马赫数和攻角状态下的受热、受力等情况进行分析。现有的温度和攻角传感器设备复杂，在测量范围和测量精度方面都有待改进。

参考文献：

1王海峰,杨朝旭,王成良.先进战斗机大迎角运动特性分析和试验[J].飞行力学,2006,24(2):5-8.

2居后鸿,曾庆化,陆辰,等.攻角传感器的应用与分析[J].航空计算技术,2013(6):118-121.

3沈玉秀,唐祯安,张洪泉.热线式传感器的研究[J].传感器与微系统,2004,23(5):15-18.

4韦青燕,张天宏.高超声速热线/热膜风速仪研究综述及分析[J].测试技术学报,2012,26(2):142-149.

5程海洋,秦明,高冬晖,等.热薄膜温差型CMOS风速风向传感器的研究和实现[J].电子器件,2004,27(3):486-489.

6 Smith J S,Baughn J W,Byerley A R.Surface flow visualization using thermal tufts produced by an encapsulated phase change material[J].International Journal of Heat&Fluid Flow,2005,26(3):411-415.

7 Rivir R B,Baughn J W,Townsend J L,et al.Thermal tuft fluid flow investigation apparatus with a color alterable thermally responsive liquid crystal layer:US,US 5963292A[P].1999.

8 Byerley A R,Treuren K V,Simon T W,et al.A'Cool'Thermal Tuft for Detecting Surface Flow Direction[J].Transactions of the Asme Serie C Journal of Heat Transfer,2002,124(4).