CN104075870A - 一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线及其流动显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线及其流动显示方法，荧光丝线包括纸带、胶带和若干荧光丝线；所述纸带的其中一面为粘贴面，粘贴面表面光滑；所述胶带带有粘性的一面与纸袋的粘贴面粘贴在一起，所述荧光丝线粘贴在纸带与胶带之间；采用特定波长的光源诱导荧光丝线发光，然后用摄像器材对处于试验状态中的丝线进行摄影。该方法具备操作简单、可适用于低风速试验等特点，其中特制的纤维线无味、无毒、环保、显示效果好、价格便宜，且柔软度好，对试验模型表面流场影响较小。

Description

一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线及其流动显示方法

技术领域

本发明涉及低速风洞表面流动显示试验领域，尤其是涉及一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线流动显示方法。

背景技术

低速风洞试验中模型周围流场的绕流现象十分复杂，理论方法尚不能对这些复杂流动进行完全准确地描述。近几年流动显示技术如粒子成像测速技术（PIV）、阴影技术、压敏漆技术（PSP）、全息干涉技术等出现使流场的显示与测量技术有了较大进展。大多数显示技术在风洞中操作比较复杂，且前期准备工作效率不高，后期数据处理要求也比较高，技术不是太成熟，部分属于研发阶段，大多低速风洞都采用表面流动显示方法即壁面丝线技术，针对该技术目前已经发展了常规丝线法、荧光微丝法和流向锥法，该技术因操作简单、试验成本低廉等优点作为风洞试验的常规技术至今仍在广泛使用。

荧光微丝法，主要是利用荧光物质增加丝线亮度的方法使得微丝在紫光灯照射下可见的一种流动显示方法。目前国内低速风洞中在微丝的选取上仍采用的是特殊材料的羊毛线，由于羊毛线直径都在1mm左右，为避免其直径高于模型表面附面层厚度从而导致破坏模型表面流场等情况，故试验风速保持在30m/s左右的低风速，但带来的低雷诺数影响，使得低风速下的表面流场情况无法真实反应试验模型低速范围内的流动显示情况。故必须提高低速风洞流动显示试验风速（一般常用风速在70m/s～100m/s），然而风速越高，模型表面附面层越薄，采用的丝线直径必须低于附面层高度，才可真实反应模型表面流场情况。目前国内采用的羊毛线都是市面上的成品，没有针对风洞试验设计的发光毛线。能在紫光灯照射下发光的毛线，其直径比较大，不适合高风速，直径较小的毛线因不发光、且吹风过程中尾部易散开等原因无法满足试验要求。国内部分风洞采用了用直径较小的毛线与荧光粉溶液搅拌晾干后，再用紫光灯激发发光的方法，该方法亦可应用于流动显示试验，但未考虑荧光粉的辐射性与其对呼吸道粘膜的高破坏性对科研人员身体健康的危害。针对该情况，本发明设计了一种更环保、显示效果更好、价格更便宜的试验方法。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提出一种新的显示方法，利用特定光源和材料，再通过摄影技术进行拍摄，最后进行丝线的流动显示，反应气流的复杂流动情况。

本发明采用的技术方案为：一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线，包括纸带、胶带和若干荧光丝线；所述纸带的其中一面为粘贴面，粘贴面表面光滑；所述胶带带有粘性的一面与纸袋的粘贴面粘贴在一起，所述荧光丝线粘贴在纸带与胶带之间。

在上述技术方案中，所述荧光丝线等间距的排列在纸带与胶带之间。

在上述技术方案中，所述荧光丝线为膨体纱材质的羊毛线，或为纤维线。

在上述技术方案中，所述纤维线直径小于0.16mm。

在上述技术方案中，所述荧光丝线之间的间隔为20mm～30mm之间可调，荧光丝线的长度为20mm～30mm之间可调。

一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线流动显示方法，其特征为该方法包括以下步骤：

步骤一：将荧光丝线的纸带撕掉，将带有荧光丝线的胶带粘贴在试验模型机翼前缘，将试验模型放置于风洞内； 

步骤二：采用紫外光源照射带有荧光丝线的试验模型，并开始试验；  

步骤三： 用摄影设备对被照射的荧光丝线进行摄像或拍照，根据摄影结果显示荧光丝线的漂动状态。

在上述技术方案中，所述荧光丝线厚度小于风洞试验模型机翼前缘附面层厚度。

在上述技术方案中，所述紫外光源发出的紫外光波长为400～410nm之间。

在上述技术方案中，所述摄影设备进行摄像或拍照时必须过滤掉紫外光之外的其他光源。

在上述技术方案中，所述摄影设备的摄影方向与紫外光源入射方向呈锐角。

本方案中，主要是通过紫外光线诱发特殊材质丝线发出荧光，针对该纤维线的流动显示方法在国内低速风洞流动显示试验中属于首次使用。

本方案中，紫外光线的波长一定，功率大小根据试验过程中试验周围的光线强弱情况来定。丝线荧光显示效果的关键因素有：一是显示效果必须以摄像机或照相机拍摄效果来判定，且摄影过程当中，需选好位置与曝光时间；二是紫外光线与模型的距离以及光线的强弱应具体情况而定。与不发光的丝线相比，该技术创造性的利用了荧光视觉反差从而得到较好的流谱显示效果。

本方案中，在低速风洞常用风速情况下，模型前缘附面层厚度保持在0.2mm左右，而该技术中配套的纤维线直径尺寸在小于0.16mm范围内可选，一般采用0.10mm,与普通1mm直径的丝线相比，并通过风洞测力试验研究，该纤维线不会破坏模型表面流场，可真实反应模型在不同风速条件下的表面流场，进一步提高了流谱试验质量与流场显示精度。

本方案中，纤维线的制作技术主要应用了一种夜光鱼线的制作技术，选用特殊材料的纤维线，进行加热拉丝的方法，制作一系列不同规格的丝线。该丝线在70m/s的高风速下的摆动状态，如同羊毛线在30m/s左右的低风速下的摆动状态，其柔软度足以捕捉到流场中微小漩涡现象，进一步真实反应了模型表面气流复杂流动情况。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：和现有技术中的毛线来说，该纤维线尾部不会在试验过程中散开，从而不会影响对模型表面流场的判断，可提高一定的辨识度；该纤维线尺寸合理，可真实反映模型表面流场情况；该纤维线发光效果较好；其中特制的纤维线无味、无毒、环保、显示效果好、价格便宜，且柔软度好，对试验模型表面流场影响较小。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明所述的荧光丝线结构示意图；

其中：1是胶带，2是纸带，3是荧光丝线。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明的实施主要体现在丝线的选择上，纤维线之间的间距根据试验模型表面流场情况来定，一般定丝线间距为25mm，丝线长度为25mm。该尺寸是根据长期流动显示试验经验制定，丝线直径为0.08mm。在风速70m/s的情况下，低速风洞中飞机机翼上表面前缘附面层在0.17mm～0.19mm之间，而荧光丝线流动显示试验技术中，丝线反映的是模型附面层内流动，丝线应该小于附面层厚度，以往采用的毛线都是直径1mm，其厚度远大于附面层厚度，该类丝线显示的不是模型附面层内流动，而是附面层外流动情况。本产品采用的0.08mm的纤维丝完全低于附面层，可真实反应模型表面气流流动情况，其长度需根据风洞试验验证。

其次是对丝线的粘贴，利用车贴制作技术，将纤维线丝带进行了产品化设计，如图１所示，将纤维线剪成多个一定长度的线条，然后将剪下来的丝线人工的放置在预先固定好且宽度为10mm胶带有粘性的一面，在放置丝线的时候，将丝线间距定位试验时所需要的间距；然后将胶带带粘性的一面粘在试验模型上。避免了以往耗费大量人力在试验模型上粘贴上千个丝线的现象，本方法设计的纤维线产品即贴即用，大大提高了风洞试验效率。且该产品外观宽度为10mm胶带，易操作，易保存。使用时将该产品胶带带粘性的一面粘在试验模型上即可,

最后是拍摄，为增强拍摄效果，试验时使用单反数码相机和数码录像机进行流场显示的拍摄，试验时在风洞外进行拍摄，照相机应滤掉紫外光，色温、光圈、曝光时间等根据具体试验条件及所观察流动状态确定。首先保证照相机与紫外光源入射方向呈锐角，以免出现反光影响拍摄效果，并随模型攻角的改变进一步调整光源入射方向和拍摄角度，在本方案中，紫光灯发光采用波长为400-410nm的光源。为得到较好的荧光效果，周围环境不宜太亮以免影响观察和记录，拍摄时关掉洞内照明灯，并用遮光布阻挡洞外可见光的进入。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (10)

1.一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线，其特征在于包括纸带、胶带和若干荧光丝线；所述纸带的其中一面为粘贴面，粘贴面表面光滑；所述胶带带有粘性的一面与纸袋的粘贴面粘贴在一起，所述荧光丝线粘贴在纸带与胶带之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线，其特征在于所述荧光丝线等间距的排列在纸带与胶带之间。

3.根据权利要求2所述的一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线，其特征在于所述荧光丝线为膨体纱材质的羊毛线，或为纤维线。

4.根据权利要求3所述的一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线，其特征在于所述纤维线直径小于0.16mm。

5.根据权利要求2所述的一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线，其特征在于所述荧光丝线之间的间隔为20mm～30mm之间可调，荧光丝线的长度为20mm～30mm之间可调。

6.一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线流动显示方法，其特征为该方法包括以下步骤：

步骤一：将荧光丝线的纸带撕掉，将带有荧光丝线的胶带粘贴在试验模型机翼前缘，将试验模型放置于风洞内； 

步骤二：采用紫外光源照射带有荧光丝线的试验模型，并开始试验；  

步骤三： 用摄影设备对被照射的荧光丝线进行摄像或拍照，根据摄影结果显示荧光丝线的漂动状态。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线流动显示方法，其特征为所述荧光丝线厚度小于风洞试验模型机翼前缘附面层厚度。

8.根据权利要求6所述的一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线流动显示方法，其特征为所述紫外光源发出的紫外光波长为400～410nm之间。

9.根据权利要求6所述的一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线流动显示方法，其特征为所述摄影设备进行摄像或拍照时必须过滤掉紫外光之外的其他光源。

10.根据权利要求9所述的一种基于纤维线的低速风洞荧光丝线流动显示方法，其特征为所述摄影设备的摄影方向与紫外光源入射方向呈锐角。