利用LUNA公司的ODi SI-B光纖分布式傳感系統(tǒng),開展基于溫敏光纖的高精度轉(zhuǎn)捩測量技術(shù)研究。試驗在NF-3低速風(fēng)洞中進行。在鋼架木質(zhì)OA309旋翼翼型模型展向中剖面沿弦向開槽埋入電熱絲及溫敏光纖,用ODi SI-B光纖分布式傳感系統(tǒng)測量翼型表面弦向溫度分布,按照模型表面溫度變化進行邊界層轉(zhuǎn)捩判斷。通過牛頓冷卻公式推導(dǎo)出換熱系數(shù)比,并根據(jù)換熱系數(shù)比的階躍來判斷轉(zhuǎn)捩位置。結(jié)果表明:電熱絲與光纖間距的不均勻會導(dǎo)致加熱不均勻,進而影響轉(zhuǎn)捩判斷;在一定迎角范圍下,無論是層流區(qū)域還是湍流區(qū)域內(nèi),溫度下降量線重合,換熱系數(shù)比曲線也重合;轉(zhuǎn)捩區(qū)發(fā)生從層流線到湍流線跳躍的規(guī)律,可以用于邊界層轉(zhuǎn)捩判斷;可以實現(xiàn)毫米級空間準度的轉(zhuǎn)捩位置測量,得到的轉(zhuǎn)捩位置結(jié)果與已有文獻的結(jié)果一致,轉(zhuǎn)捩判斷結(jié)果隨迎角和雷諾數(shù)的變化也符合氣動規(guī)律。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2019,36(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖7兩種判據(jù)下轉(zhuǎn)捩位置與文獻[18]對比Fig.7TransitionpositioncomparisonaccordingtotwocriterionsandRef.[18]

gtotwocriterionsandRef.[18]文獻[18]在6Re2.210下對OA309翼型進行了轉(zhuǎn)捩位置測量，將溫度階躍段起始位置作為轉(zhuǎn)捩位置。圖7給出了根據(jù)溫度下降量、換熱系數(shù)比判斷的轉(zhuǎn)捩位置與文獻[18]給出的轉(zhuǎn)捩位置的對比。可以看出，在相同雷諾數(shù)下，轉(zhuǎn)捩位置隨迎角增大均向前移動。兩種判據(jù)下的結(jié)果與文獻結(jié)果吻合良好，說明開槽情況下使用溫敏光纖進行轉(zhuǎn)捩測量可得到高空間準度的結(jié)果。如果在后續(xù)研究中改進模型表面加熱和光纖布置方法，則會得到更好的結(jié)果。6.4雷諾數(shù)對轉(zhuǎn)捩位置的影響圖8給出了4，不同Re條件下?lián)Q熱系數(shù)比的對比。與圖6(b)所示轉(zhuǎn)捩判斷方法相同，對圖8中三組曲線進行轉(zhuǎn)捩判斷，結(jié)果如表1所示�？梢钥闯�，轉(zhuǎn)捩位置隨雷諾數(shù)的增加向翼型前緣移動。圖8不同雷諾數(shù)下?lián)Q熱系數(shù)比的對比(4)Fig.8ComparisonofheattransfercoefficientratiowithdifferentRe(4)表1各雷諾數(shù)下轉(zhuǎn)捩位置(4)Tab.1TransitionpositionwithdifferentRe(4)Re0.5×1061.0×1062.0×106轉(zhuǎn)捩位置(transitionposition)x/c0.24170.20570.17967結(jié)論本文利用溫敏光纖測量翼型模型表面溫度，通過對比不同迎角下的溫度下降量和換熱系數(shù)比來判斷邊界層轉(zhuǎn)捩位置，得到了以下結(jié)論。1)基于溫敏光纖的邊界層轉(zhuǎn)捩測量方法，利用溫敏光纖進行翼型模型表面溫度測量，通過邊界層轉(zhuǎn)捩區(qū)的溫度和/或換熱系數(shù)變化判斷轉(zhuǎn)捩，可以實現(xiàn)毫米級空間準度的轉(zhuǎn)捩位置測量，具有空間測量準度高、易于實現(xiàn)的特點。2)將溫敏光纖及加熱絲直接粘貼到模型表面不易于實現(xiàn)邊界層轉(zhuǎn)捩判斷；模型表面開槽埋入光纖和電熱絲可以更好地實現(xiàn)高空間準度的轉(zhuǎn)?

1254應(yīng)用力學(xué)學(xué)報第36卷紅外測量技術(shù)未能得到有效的數(shù)據(jù)。文獻[6]在低速風(fēng)洞利用分布式反饋光纖激光(DFB-FL)傳感器對翼型模型表面進行了脈動壓力測量，測量結(jié)果表明：層流區(qū)域壓力脈動量小，信號平穩(wěn)，湍流區(qū)域信號幅值較大且脈動頻率高；在中間過渡區(qū)域，信號時而平穩(wěn)時而波動，與貼在光纖同一弦長處的熱膜所測得的信號脈動規(guī)律相同，可根據(jù)過渡區(qū)域脈動規(guī)律判斷轉(zhuǎn)捩。文獻[14]在超音速來流下，應(yīng)用溫敏漆技術(shù)對鈍頭橢圓錐體進行了表面溫度測量及轉(zhuǎn)捩判斷，研究表明，利用溫敏漆技術(shù)可以得到模型表面完整的溫度分布，模型中心線上溫度分布與熱流傳感器得到的結(jié)果吻合良好。文獻[5]在低速來流條件下應(yīng)用熱膜、油膜干涉和紅外測量技術(shù)對二元層流翼型的自然轉(zhuǎn)捩特性進行了試驗研究，分析對比了各方法之間的聯(lián)系和差異。文獻[9]對主體為實木、外層有厚5mm玻璃鋼的模型表面噴涂黑色亞光漆，使用遠紅外燈加熱和紅外熱成像技術(shù)進行低速轉(zhuǎn)捩測量，并與表面熱膜轉(zhuǎn)捩測量結(jié)果對比，兩者吻合很好。文獻[17]發(fā)展了一種探測翼型邊界層轉(zhuǎn)捩的熱流傳感器，其在低速條件下性能良好。文獻[18]在研究旋翼氣動性能時，利用紅外成像技術(shù)對OA309翼型進行了轉(zhuǎn)捩測量，得到了不同迎角下的轉(zhuǎn)捩位置。升華法、溫敏漆技術(shù)及紅外成像技術(shù)均能由整體測量或者直接觀察得到轉(zhuǎn)捩，但是需在模型表面噴涂物質(zhì)，噴涂物質(zhì)的不均勻性會導(dǎo)致模型表面粗糙度發(fā)生改變，影響真實轉(zhuǎn)捩的測量。升華法噴涂物大多為對人體及環(huán)境有害的物質(zhì)，因此在應(yīng)用方面還須謹慎。脈動壓力測量法、表面熱膜測量法及熱流傳感器測量結(jié)果均比較精確，但在模型表面布置困難、布點數(shù)量有限，會導(dǎo)致測量位置準度下降。油膜干涉測量對試驗使用?

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3474006