CN111551344B - 一种低温跨声速设备tsp转捩测量试验模型表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法。该表面处理方法包括以下步骤：制作金属试验模型，喷涂绝缘隔热层，铺装加热层，喷涂绝缘热反射层，喷涂绝缘导热层，喷涂温敏涂料底漆，喷涂温敏涂料面漆和表面打磨。采用本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法能够制造出具有表面多层结构的金属试验模型，该金属试验模型可将TSP试验技术工作温度从室温降至77K，而且大幅提升传热分辨率和转捩测量精度。本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法特别适用于在低温环境下研究对象的流动结构，具有推广应用价值。

Description

一种低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法
技术领域
本发明属于低温跨声速设备试验技术领域，具体涉及一种低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法。
背景技术
飞行器飞行过程中，边界层转捩位置对飞行器的摩阻、表面流态及飞行性能有很大影响，飞行雷诺数下的转捩位置确定是飞行器设计的关键技术之一。在地面试验时，为了实现飞行条件模拟，通常利用低温环境实现，常规边界层转捩测量技术如萘升华法、油膜干涉法、脉动压力测量法、热膜测量法、红外测量法等在低温环境下效果较差。而TSP测量技术使用高性能相机，可以获得高分辨率的温度分布图像，配合不同工作温度的TSP涂料，具备在低温环境中开展广泛应用的潜力。
TSP技术是基于引入温度阶跃来增强转捩引发的温度效应原理发展而来的。但是在跨声速时，试验模型与来流温差较小，对传热特性的分辨率不高，导致目前已有TSP温敏转捩测量技术测量精度降低。
当前，亟需发展一种针对低温跨声速设备的TSP转捩测量试验模型表面处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法。
本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法包括以下步骤：
a.制作金属试验模型，清洁金属试验模型表面，去除金属试验模型表面的硅、油；
b.在金属试验模型的表面喷涂一层厚度为4μm～6μm的UHU plus低温胶，得到UHUplus低温胶层；待UHU plus低温胶层干透以后，在UHU plus低温胶层上喷涂厚度为40μm～60μm的白色的聚氨酯，得到聚氨酯层Ⅰ；UHU plus低温胶层和聚氨酯层Ⅰ构成绝缘隔热层；
c.在绝缘隔热层上铺装一层直径厚度为40μm～60μm的碳纳米管和正电极、负电极，碳纳米管连接正电极、负电极，得到的碳纳米管层为加热层；
d.在加热层上喷涂一层厚度为40μm～60μm的白色的聚氨酯，得到的聚氨酯层Ⅱ为绝缘热反射层；
e.在绝缘热反射层上喷涂厚度为15μm～25μm的氮化硼涂料，得到的氮化硼涂料层为绝缘导热层；
f.在绝缘导热层上喷涂厚度为25μm～35μm的温敏涂料底漆；
g.在温敏涂料底漆上喷涂厚度为35μm～45μm的温敏涂料面漆；
h.进行表面打磨，直至表面粗糙度小于等于0.2μm。
所述的金属试验模型的材质为F141、30CrMnSi或硬铝。
所述的UHU plus低温胶可替换为聚苯丙咪唑胶、环氧树脂或酚醛。
所述的聚氨酯可替换为聚氯乙烯。
所述的喷涂可替换为刮刷。
所述的碳纳米管可替换为石墨烯。
所述的氮化硼可替换为导热硅脂、导热硅胶或人工石墨。
本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法中清洁金属试验模型表面的步骤是为了去除金属试验模型表面的硅、油，确保金属表面的粘附性，为后续喷涂牢固奠定基础。
采用本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法能够制造具有表面多层结构的金属试验模型，可将TSP试验技术工作温度从室温降至77K，而且大幅提升传热分辨率和转捩测量精度。本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法特别适用于在低温环境下研究对象的流动结构，具有推广应用价值。
附图说明
图1为采用本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法获得的金属试验模型表面多层结构；
图2为本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法的试验结果图。
图2中，-表示马赫数0.6时的转捩测量结果；×表示马赫数0.73时的转捩测量结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法包括以下步骤：
a.制作金属试验模型，清洁金属试验模型表面，去除金属试验模型表面的硅、油；
b.在金属试验模型的表面喷涂一层厚度为4μm～6μm的UHU plus低温胶，得到UHUplus低温胶层；待UHU plus低温胶层干透以后，在UHU plus低温胶层上喷涂厚度为40μm～60μm的白色的聚氨酯，得到聚氨酯层Ⅰ；UHU plus低温胶层和聚氨酯层Ⅰ构成绝缘隔热层；
c.在绝缘隔热层上铺装一层直径厚度为40μm～60μm的碳纳米管和正电极、负电极，碳纳米管连接正电极、负电极，得到的碳纳米管层为加热层；
d.在加热层上喷涂一层厚度为40μm～60μm的白色的聚氨酯，得到的聚氨酯层Ⅱ为绝缘热反射层；
e.在绝缘热反射层上喷涂厚度为15μm～25μm的氮化硼涂料，得到的氮化硼涂料层为绝缘导热层；
f.在绝缘导热层上喷涂厚度为25μm～35μm的温敏涂料底漆；
g.在温敏涂料底漆上喷涂厚度为35μm～45μm的温敏涂料面漆；
h.进行表面打磨，直至表面粗糙度小于等于0.2μm。
所述的金属试验模型的材质为F141、30CrMnSi或硬铝。
所述的UHU plus低温胶可替换为聚苯丙咪唑胶、环氧树脂或酚醛。
所述的聚氨酯可替换为聚氯乙烯。
所述的喷涂可替换为刮刷。
所述的碳纳米管可替换为石墨烯。
所述的氮化硼可替换为导热硅脂、导热硅胶或人工石墨。
实施例1
本实施例的试验模型为基于超临界翼型的金属机翼模型，试验模型的后掠角为20°，弦长为20mm，展长为600mm。如图1所示，试验模型表面从下至上依次覆盖绝缘隔热层、加热层、绝缘热反射层、绝缘导热层、温敏涂料底漆和温敏涂料面漆。通过低温跨声速设备TSP转捩测量试验获得的试验结果如图2所示。从图2可以看出，采用本发明的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法可以精确分辨不同来流条件下的光强比变化规律，可由此确定翼面的转捩位置。

Claims (6)

1.一种低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法，其特征在于，所述的表面处理方法包括以下步骤：
a.制作材质为F141、30CrMnSi或硬铝的金属试验模型，清洁金属试验模型表面，去除金属试验模型表面的硅、油；
b.在金属试验模型的表面喷涂一层厚度为4μm～6μm的UHU plus低温胶，得到UHU plus低温胶层；待UHU plus低温胶层干透以后，在UHU plus低温胶层上喷涂厚度为40μm～60μm的白色的聚氨酯，得到聚氨酯层Ⅰ；UHU plus低温胶层和聚氨酯层Ⅰ构成绝缘隔热层；
c.在绝缘隔热层上铺装一层直径厚度为40μm～60μm的碳纳米管和正电极、负电极，碳纳米管连接正电极、负电极，得到的碳纳米管层为加热层；
d.在加热层上喷涂一层厚度为40μm～60μm的白色的聚氨酯，得到的聚氨酯层Ⅱ为绝缘热反射层；
e.在绝缘热反射层上喷涂厚度为15μm～25μm的氮化硼涂料，得到的氮化硼涂料层为绝缘导热层；
f.在绝缘导热层上喷涂厚度为25μm～35μm的温敏涂料底漆；
g.在温敏涂料底漆上喷涂厚度为35μm～45μm的温敏涂料面漆；
h.进行表面打磨，直至表面粗糙度小于等于0.2μm。
2.根据权利要求1所述的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法，其特征在于，所述的UHU plus低温胶替换为聚苯丙咪唑胶、环氧树脂或酚醛。
3.根据权利要求1所述的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法，其特征在于，所述的聚氨酯替换为聚氯乙烯。
4.根据权利要求1所述的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法，其特征在于，所述的喷涂替换为刮刷。
5.根据权利要求1所述的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法，其特征在于，所述的碳纳米管替换为石墨烯。
6.根据权利要求1所述的低温跨声速设备TSP转捩测量试验模型表面处理方法，其特征在于，所述的氮化硼替换为导热硅脂、导热硅胶或人工石墨。
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