CN112113702B - 基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置 - Google Patents

基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置。该标定装置包括以位于前端的连接激发枪的非电导爆管生成激波驱动的激波管；分别安装在激波管后段两侧的对称的光学视窗；喷涂在激波管内部尾端面上的压敏漆涂层；位于一个光学视窗外侧，与压敏漆入射波长相匹配的激发光源；位于另一个光学视窗外侧，用于记录压敏漆涂层发光强度变化的光电倍增管；位于激波管尾端，用于记录激波管尾端面的压力阶跃变化过程的动态压力传感器；以及连接动态压力传感器和光电倍增管的示波器。该标定装置结构简单、性能稳定、安全可靠实用性强，能够大幅降低压敏漆响应时间标定的实验成本，提高实验效率。

Description

基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置。
背景技术
传统的飞行器风洞试验非定常压力分布测量方法是在试验模型表面的测量点安装动态压力传感器，该方法只能得到试验模型表面离散点的压力，而且测量点的选择还受制于试验模型的结构布局，有些位置根本没有能够安装动态压力传感器的空间。同时，试验模型设计制造、试验准备等环节也相对复杂。
压敏漆(Pressure Sensitive Paint，PSP)光学测量技术是二十世纪八十年代后发展起来，并应用于风洞模型表面压力测量的非接触测量技术。它是利用光激发光材料对压力敏感的光物理特性来进行实验模型表面的压力测量。快速响应PSP测量技术是在稳态PSP测量技术基础上发展起来的非接触动态压力分布测量技术，与传统的离散点动态压力传感器测量方法相比，该技术具有空间分辩高、测量不受模型结构限制等优点。目前，美国、俄罗斯、欧洲等航空航天大国纷纷发展快速响应PSP测量技术，实现了试验模型表面大面积非定常压力分布测量，为先进飞行器的结构强度优化设计提供了动态载荷试验数据，同时也为飞行器与航空发动机复杂非定常流动机理研究与试验验证提供了技术支撑。
响应时间快是快速响应压敏漆的主要特性之一。为了提高压敏漆的响应时间，国外发展了基于阳极氧化铝的AA-PSP以及基于多孔介质的PC-PSP等快速响应PSP涂料配方。目前，快速响应PSP的响应时间可以达到10μs左右。
如何准确测定压敏漆涂料配方的响应时间是研发快速响应PSP以及开展快速响应PSP试验的基础和关键点。根据公开发表的文献来看，激波管是目前PSP技术领域进行涂料响应时间标定的主要装置，其工作过程为：利用激波管产生的激波提供一个瞬时的压力阶跃，激波的压力阶跃可在1μs内完成；压敏漆样片安装在激波管侧壁或者尾部端面位置；在激发光源照射下，由于压力阶跃导致压敏漆涂层的发光强度随时间变化，压力阶跃变化过程被Kulite动态压力传感器记录下来，压敏漆涂层的发光强度随时间变化过程被光电倍增管(Photomultiplier，PMT)记录下来；对比压敏漆涂层的发光强度随时间变化曲线与Kulite动态压力传感器测量的压力变化曲线，可以计算获得PSP对压力阶跃变化的响应时间。通常情况下，压敏漆涂层的发光强度值达到压力阶跃后涂料稳定发光强度99％的时间即压敏漆的响应时间。
常规的激波管一般由高压气体驱动，在结构上分为两个部分：高压段与低压段。高压段与低压段被一个快速阀或者薄膜片隔开，当打开快速阀或者高压段与低压段压差足以使膜片破裂时，高压气体向低压段运动，产生一道激波，在激波位置前后，压力存在一个明显的阶跃变化。常规的高压气体驱动型激波管结构上较为复杂，需要提供高压气源以及快速阀等配套装置，建设与维护成本较为高昂。
当前，亟需发展一种基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置。
本发明的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特点是，所述的标定装置包括以位于前端的非电导爆管生成激波驱动的激波管；分别安装在激波管后段两侧的对称的光学视窗；喷涂在激波管内部尾端面上的压敏漆涂层；位于一个光学视窗外侧，与压敏漆入射波长相匹配的激发光源；位于另一个光学视窗外侧，用于记录压敏漆涂层发光强度变化的光电倍增管；位于激波管尾端，用于记录激波管尾端面的压力阶跃变化过程的动态压力传感器；以及连接动态压力传感器和光电倍增管的示波器，示波器实时显示和记录动态压力传感器测量的压力变化曲线和光电倍增管测量的压敏漆涂层的发光强度变化曲线；
所述的非电导爆管外接激发枪。
进一步地，所述的非电导爆管位于导爆管固定装置的中心轴线上，非电导爆管的出口端与导爆管固定装置的尾端面平齐。
进一步地，所述的导爆管固定装置为金属管，导爆管固定装置内穿入非电导爆管，导爆管固定装置与非电导爆管之间过渡配合。
进一步地，所述的导爆管固定装置嵌入并通过侧壁螺钉固定在激波管内，嵌入深度为50mm～200mm。
进一步地，所述的导爆管固定装置通过螺纹配合的方式嵌入激波管。
进一步地，所述的激波管的尾端为通过螺纹与激波管连接的尾部密封块，尾部密封块的前端面喷涂压敏漆涂层，尾部密封块的后端面中心开有与激波管的中心轴线同轴的螺纹通孔，螺纹通孔内安装动态压力传感器。
进一步地，所述的压敏漆涂层喷涂在与激波管内部尾端面配装的压敏漆样片上。
进一步地，所述的压敏漆涂层分为二层，底层为白色底漆，面层为压敏面漆，压敏漆涂层的厚度小于等于60μm。
进一步地，所述的激波管、激发光源、光电倍增管、示波器以及包括供电设备在内的附属设备，均固定并安装在光学平台上。
进一步地，所述的动态压力传感器为Kulite动态压力传感器。
本发明的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，将非电导爆管应用到激波管领域，利用其产生的瞬时压力阶跃变化，进行压敏漆响应时间标定。
本发明的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置中的非电导爆管由专用的激发枪等引发，引发后在激波管内形成激波，激波以恒定速度传播，可提供一个快速的压力阶跃变化，具有结构简单、性能稳定的特点。
本发明的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置中的非电导爆管传播性能好，遇火燃烧而不被激发，抗冲击、水、电性能俱佳，具有一定强度，且成本低，是一种安全可靠实用性强的激波生成装置。
本发明的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置结构简单、性能稳定、安全可靠实用性强，可以替代目前最为常用的基于高压气体驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，从而大幅降低压敏漆响应时间标定的实验成本，提高实验效率。
附图说明
图1为本发明的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置的结构示意图。
图中，1.非电导爆管 2.激波管 3.导爆管固定装置 4.光学视窗 5.激发光源 6.光电倍增管 7.示波器 8.动态压力传感器 9.压敏漆涂层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1所示，本发明的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置包括以位于前端的非电导爆管1生成激波驱动的激波管2；分别安装在激波管2后段两侧的对称的光学视窗4；喷涂在激波管2内部尾端面上的压敏漆涂层9；位于一个光学视窗4外侧，与压敏漆入射波长相匹配的激发光源5；位于另一个光学视窗4外侧，用于记录压敏漆涂层9发光强度变化的光电倍增管6；位于激波管2尾端，用于记录激波管2尾端面的压力阶跃变化过程的动态压力传感器8；以及连接动态压力传感器8和光电倍增管6的示波器7，示波器7实时显示和记录动态压力传感器8测量的压力变化曲线和光电倍增管6测量的压敏漆涂层9的发光强度变化曲线；
所述的非电导爆管1外接激发枪。
进一步地，所述的非电导爆管1位于导爆管固定装置3的中心轴线上，非电导爆管1的出口端与导爆管固定装置3的尾端面平齐。
进一步地，所述的导爆管固定装置3为金属管，导爆管固定装置3内穿入非电导爆管1，导爆管固定装置3与非电导爆管1之间过渡配合。
进一步地，所述的导爆管固定装置3嵌入并通过侧壁螺钉固定在激波管2内，嵌入深度为50mm～200mm。
进一步地，所述的导爆管固定装置3通过螺纹配合的方式嵌入激波管2。
进一步地，所述的激波管2的尾端为通过螺纹与激波管2连接的尾部密封块，尾部密封块的前端面喷涂压敏漆涂层9，尾部密封块的后端面中心开有与激波管2的中心轴线同轴的螺纹通孔，螺纹通孔内安装动态压力传感器8。
进一步地，所述的压敏漆涂层9喷涂在与激波管2内部尾端面配装的压敏漆样片上。
进一步地，所述的压敏漆涂层9分为二层，底层为白色底漆，面层为压敏面漆，压敏漆涂层9的厚度小于等于60μm。
进一步地，所述的激波管2、激发光源5、光电倍增管6、示波器7以及包括供电设备在内的附属设备，均固定并安装在光学平台上。
进一步地，所述的动态压力传感器8为Kulite动态压力传感器。
实施例1
本实施例中的非电导爆管1为内壁涂有混合炸药粉末(炸药与金属粉混合物)的非电软管，管壁由内径1.5mm、外径3mm的高压聚乙烯材料制成，混合炸药配比为黑索今(RDX)91％、铝粉及其他成分9％，涂层药量14mg/m～16mg/m。
加工激波管2，采用导爆管固定装置3连接非电导爆管1和激波管2。导爆管固定装置3为一个22mm(宽)×22mm(高)×200mm(长)的铝制长方体金属块，中心轴线上开有直径为3mm的通孔。将非电导爆管1插入导爆管固定装置3的通孔，入口端连接专用激发枪，出口端与导爆管固定装置3的尾端面平齐。非电导爆管1的长度为250mm～1000mm，导爆管固定装置3的侧壁上每隔50mm开设三个M3的螺纹通孔，利用螺钉压紧固定非电导爆管1，确保非电导爆管1的出口端与导爆管固定装置3的尾端面平齐。
激波管2的内部尺寸为22mm(宽)×22mm(高)×500mm(长)的矩形截面，壁厚为5mm，实验时，将导爆管固定装置3嵌入激波管2，嵌入深度为50mm～200mm。在激波管2侧壁开有直径为3.5mm的通孔，利用该通孔和导爆管固定装置3上的螺纹孔固定激波管2与导爆管固定装置3之间的相对位置。
在距离激波管2的尾端面5mm处，两侧壁面上分别安装尺寸为22mm(高)×150mm(长)×5mm(厚)的光学视窗4，为激光激发光源5与光电倍增管6提供光学通道。
在激波管2尾部设置一个可拆卸的尾部密封块，厚度为9mm。尾部密封块的后端面中心开有一个M5×0.8的螺纹通孔，用于安装Kulite动态压力传感器8。
在激波管2尾端面内壁面表面喷涂压敏漆涂层9，压敏漆涂层9的底层为白色底漆，面层为压敏面漆，压敏漆涂层9的总厚度控制在60μm以内，实验开始前须注意对压敏漆涂层9的保护。
在光学平台上，固定并安装激波管2、激发光源5、光电倍增管6、示波器7以及包括供电设备等在内的附属设备。
采用本实施例的标定装置进行压敏漆响应时间标定实验过程如下：
a.激发光源5、光电倍增管6和示波器7上电；
b.打开激发枪，激发非电导爆管1发生爆炸，爆炸产生的激波沿激波管2向后传导，为标定实验提供快速的压力阶跃；
c.利用光电倍增管6记录压敏漆涂层9发光强度的变化；
d.利用示波器7同时显示并记录动态压力传感器8测量的压力变化曲线和光电倍增管6测量的压敏漆涂层9的发光强度随时间变化曲线；
e.对比动态压力传感器8测量的压力变化曲线以及光电倍增管6测量的压敏漆涂层9的发光强度变化曲线，以压敏漆涂层9的发光强度值达到压力阶跃后涂料稳定发光强度99％的时间为压敏漆的响应时间，完成压敏漆响应时间标定。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的标定装置包括以位于前端的非电导爆管(1)生成激波驱动的激波管(2)；分别安装在激波管(2)后段两侧的对称的光学视窗(4)；喷涂在激波管(2)内部尾端面上的压敏漆涂层(9)；位于一个光学视窗(4)外侧，与压敏漆入射波长相匹配的激发光源(5)；位于另一个光学视窗(4)外侧，用于记录压敏漆涂层(9)发光强度变化的光电倍增管(6)；位于激波管(2)尾端，用于记录激波管(2)尾端面的压力阶跃变化过程的动态压力传感器(8)；以及连接动态压力传感器(8)和光电倍增管(6)的示波器(7)，示波器(7)实时显示和记录动态压力传感器(8)测量的压力变化曲线和光电倍增管(6)测量的压敏漆涂层(9)的发光强度变化曲线；
所述的非电导爆管(1)外接激发枪。
2.根据权利要求1所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的非电导爆管(1)位于导爆管固定装置(3)的中心轴线上，非电导爆管(1)的出口端与导爆管固定装置(3)的尾端面平齐。
3.根据权利要求2所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的导爆管固定装置(3)为金属管，导爆管固定装置(3)内穿入非电导爆管(1)，导爆管固定装置(3)与非电导爆管(1)之间过渡配合。
4.根据权利要求2所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的导爆管固定装置(3)嵌入并通过侧壁螺钉固定在激波管(2)内，嵌入深度为50mm～200mm。
5.根据权利要求2所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的导爆管固定装置(3)通过螺纹配合的方式嵌入激波管(2)。
6.根据权利要求1所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的激波管(2)的尾端为通过螺纹与激波管(2)连接的尾部密封块，尾部密封块的前端面喷涂压敏漆涂层(9)，尾部密封块的后端面中心开有与激波管(2)的中心轴线同轴的螺纹通孔，螺纹通孔内安装动态压力传感器(8)。
7.根据权利要求1所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的压敏漆涂层(9)喷涂在与激波管(2)内部尾端面配装的压敏漆样片上。
8.根据权利要求1所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的压敏漆涂层(9)分为二层，底层为白色底漆，面层为压敏面漆，压敏漆涂层(9)的厚度小于等于60μm。
9.根据权利要求1所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的激波管(2)、激发光源(5)、光电倍增管(6)、示波器(7)以及包括供电设备在内的附属设备，均固定并安装在光学平台上。
10.根据权利要求1所述的基于非电导爆管驱动型激波管的压敏漆响应时间标定装置，其特征在于，所述的动态压力传感器(8)为Kulite动态压力传感器。
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