CN110243568A - 一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，包括由40%～45%的稀释剂、40%～45%的溶解剂和10%～20%的显示剂；溶液利用高压气流通过喷射装置将搅拌后的溶液喷涂在被测模型上，固定被测模型试验姿态，待被测模型表面液体固化后，风洞开始吹风，待被测模型表面附面层转捩位置稳定后，停止吹风，用摄像设备记录转捩位置；本发明模型表面转捩分界线辨识度高、拍摄效果较好，且该配方无毒性，对工作人员身体无伤害，该配方一年四季适用于不同风速低速范围的低速风洞，本发明中的所有化学成分对风洞污染性较小、清洁方便、成本低，且显示效果更好。

Description

一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法

技术领域

本发明涉及风洞试验领域，尤其是涉及一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法。

背景技术

真实飞机与风洞试验模型尺寸不同，真实飞机的飞行雷诺数远大于风洞试验雷诺数，风洞试验数据随试验雷诺数变化而变化，故风洞试验数据需要进行雷诺数影响修正才能用于真实飞行性能评估及设计。工程师们常用试验模型表面粘贴固定转捩带的方法简化雷诺数影响的修正，目的是确保试验模型表面附面层内气体由层流转捩成紊流状态。附面层内流动是否发生转捩需要进行验证，而升华法是操作最简单、效果最好的模型固定转捩或者自由转捩试验的验证方法。

升华法是利用模型表面摩擦力大物质升华快的特点，将易升华物质溶于有机溶剂中，喷涂在模型表面。风洞试验过程中，升华物质在不同风速下挥发速度不同，以此方法可显示出边界层的转捩区。八九十年代，低速风洞试验模型主要由红松、楠木等木质材料制作而成，大多数模型表面颜色往往涂成蓝色、黑色等深颜色，而升华法溶液里面含有萘等白色显示剂，与模型表面颜色色差较大，在风洞试验过程中容易人工判断出转捩分界线。随着型号研制对风洞试验精准度要求的提出，试验模型材质由木质变为铝合金、合金钢等金属材质，由金属材质制作的模型表面颜色大部分为银色或者灰白色，且表面达到镜面光亮程度。对于该类模型在升华法试验过程中会遇到以下问题：

在试验段照明系统照射下，模型表面颜色其与升华法白色显示剂颜色区分不明显；受风洞照明光线、模型表面光线折射等环境影响，试验过程中观察人员在试验段外观察模型表面附面层转捩分界线时会出现误判现象。模型表面太光亮，通过拍照或摄像记录时，记录效果不是太好。

针对以上问题，唯有两种办法可以提高升华法试验质量：一是更改试验模型表面颜色或者非抛光处理；二是升华法溶液里的显示剂采用一种彩色指示剂，而非白色指示剂。因升华法试验并不是每个试验模型的必选试验，且受试验模型尺寸比例、表面换色工艺复杂性、科研经费、行政管理等因素影响，统一试验模型表面颜色或提出非抛光的要求有一定的客观难度，故只能采用技术手段，即通过采用彩色升华法显示剂来提高升华法试验质量。目前市面上没有这样的产品，需要发明一种彩色升华法溶液配方用于该类型试验。

传统的升华法溶液由有机溶液与可溶显示剂组成，试验前将几种物质按一定的比例混合搅拌后，通过高压气源喷到模型表面。彩色升华法溶液也采用这样的操作方式，但需要一种全新的彩色升华法配方。

发明内容

本发明的目的是提出一种全新溶液配方，该配方溶液现场配制方便、不腐蚀模型、清洗方便，该配方里的彩色指示剂必须溶于有机溶液，且该溶液必须达到饱和状态,该彩色指示剂本身需具备荧光灯诱发后发光。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，包括以下步骤：

步骤一：按比例配制饱和的彩色升华法溶液，均匀搅拌，溶液包括：40%～45%的稀释剂、40%～45%的溶解剂和10%～20%的显示剂；

步骤二：利用高压气流通过喷射装置将搅拌后的溶液喷涂在被测模型上；

步骤三：固定被测模型试验姿态，待被测模型表面液体固化后，风洞开始吹风，待被测模型表面附面层转捩位置稳定后，停止吹风；

步骤四：用摄像设备记录转捩位置。

在上述技术方案中，所述彩色升华法溶液中的稀释剂为丙酮，溶解剂为工业酒精，显示剂由萘、龙胆紫或溴甲酚紫组成。

在上述技术方案中，所述显示剂由80%～85%的萘、15%～20%的龙胆紫或溴甲酚紫组成。

在上述技术方案中，所述彩色升华法溶液包括40%～45%的丙酮，40%～45%的工业酒精， 10%～15%的萘和1%～3%的龙胆紫或溴甲酚紫。

在上述技术方案中，所述彩色升华法溶液包括45%的丙酮，43%的工业酒精，10%的萘，2%的龙胆紫或溴甲酚紫。

在上述技术方案中，所述彩色升华法溶液的温度保持在20°C～40°C内。

在上述技术方案中，所述步骤二中喷涂过程中，喷射装置包括雾化喷嘴，所述溶液进行雾化后喷射在被测模型上。

在上述技术方案中，所述喷涂过程中，雾化后的溶液在气压为0.6MPa～0.8MPa的条件下喷射在被测模型上。

本方案中，溶液中的丙酮起到稀释作用，溶解剂选用两种比例相当的的溶液，目的是减小溶液固化后模型表面显示剂的颗粒尺寸，防止该颗粒尺寸过大引起该颗粒位置后面的模型表面附面层转捩，而影响真实转捩位置的判断。如果溶解剂只用其中一种，都会导致在模型局部出现大尺寸颗粒，类似在飞机机翼上下表面前缘、飞机垂直安定面左右表面前缘、水平安定面上下表面前缘等位置处。

本方案中，在模型表面喷洒配方溶液时，使用的液体喷头应采用雾化效果较好的喷头，气源压力要适中，压力过高导致溶液固化后在模型表面形成堆积区域，压力过低导致溶液喷洒时有水，均匀性不好。另外，在机翼前缘、垂直安定面前缘、水平安定面前缘、机头等模型表面曲率较大的地方，气流剪切力较大，固化后的指示剂挥发较快，为避免风洞风速未稳定前溶液就挥发完毕的情况，在以上位置处应多喷洒一些配方溶液。

本方案中，观察人员需在风洞试验段外观察模型表面固化的升华法溶液挥发情况，主要是观察模型表面转捩分界线位置变化情况，当风洞风速稳定后，模型表面转捩分界线位置不再随时间有较大变化时，即可停止吹风，进洞用相机或摄像机记录模型表面转捩分界线位置及转捩效果。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：模型表面转捩分界线辨识度高、拍摄效果较好，且该配方无毒性，对工作人员身体无伤害，该配方一年四季适用于不同风速低速范围的低速风洞，另外，配方溶液必须满足饱和状态，本发明中的所有化学成分对风洞污染性较小、清洁方便、成本低，且显示效果更好。

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。

本发明的彩色升华法溶液主要成分为工业丙酮（稀释剂）40%～45%，工业酒精（溶解剂）40%～45%，萘（显示剂）10%～15%，龙胆紫或溴甲酚紫（显示剂）1%～3%。

不同比例油流成分的试验实施情况如下：

为了进行对比试验,选取两组在本发明方案配方比例之外的组分进行试验:

实施例一

70m/s风速下，丙酮30%，工业酒精60%，萘8%，龙胆紫或溴甲酚紫2%，稀释剂太少，溶液固化后，表面颗粒物太大，模型表面转捩位置受影响，效果不好；

实施例二

70m/s风速下，丙酮50%，工业酒精30%，萘15%，龙胆紫或溴甲酚紫5%，显示剂太多，溶液固化后，模型表面有残留物，升华时间慢，影响试验效率；

选取在本发明方案配方比例之内的组分进行试验:

实施例三

70m/s风速下，丙酮45%，工业酒精43%，萘10%，龙胆紫或溴甲酚紫2%，溶液固化后，模型表面颗粒物较小，且升华时间较快，转捩位置辨识度高，效果较好，满足试验要求。

实施例四

70m/s风速下，丙酮40%，工业酒精45%，萘12%，龙胆紫或溴甲酚紫3%，溶液固化后，模型表面颗粒物较小，转捩线清晰，其辨识度高，满足试验要求。

根据以上不同比例的试验结果显示，在整个试验段温度20°C～40°C内，溶液的最佳比例随温度在变化，主要是因为溶液的溶解度随温度变化的原因。故配方中各溶液的比例在一定范围之内，而非固化比例。

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 (7)

1.一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：按比例配制饱和的彩色升华法溶液，均匀搅拌，溶液包括：40%～45%的稀释剂、40%～45%的溶解剂和10%～20%的显示剂；

步骤二：利用高压气流通过喷射装置将搅拌后的溶液喷涂在被测模型上；

步骤三：固定被测模型试验姿态，待被测模型表面液体固化后，风洞开始吹风，待被测模型表面附面层转捩位置稳定后，停止吹风；

步骤四：用摄像设备记录转捩位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，其特征在于所述彩色升华法溶液中的稀释剂为丙酮，溶解剂为工业酒精，显示剂由萘、龙胆紫或溴甲酚紫组成。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，其特征在于所述显示剂由80%～85%的萘、15%～20%的龙胆紫或溴甲酚紫组成。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，其特征在于所述彩色升华法溶液包括40%～45%的丙酮，40%～45%的工业酒精， 10%～15%的萘和1%～3%的龙胆紫或溴甲酚紫

根据权利要求4所述的一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，其特征在于所述彩色升华法溶液包括45%的丙酮，43%的工业酒精，10%的萘，2%的龙胆紫或溴甲酚紫。

5.根据权利要求1所述的一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，其特征在于所述彩色升华法溶液的温度保持在20°C～40°C内。

6.根据权利要求1所述的一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，其特征在于所述步骤二中喷涂过程中，喷射装置包括雾化喷嘴，所述溶液进行雾化后喷射在被测模型上。

7.根据权利要求6所述的一种基于彩色指示剂的低速风洞升华法试验方法，其特征在于所述喷涂过程中，雾化后的溶液在气压为0.6MPa～0.8MPa的条件下喷射在被测模型上。