● 摘要
压力敏感涂料（PSP）技术是近二十年来发展起来的测量物体表面压力的新技术。该技术不仅成本较低、操作简单，而且属于非接触式连续场测量，具有检测范围广、对流场无干扰等特点。随着它的快速发展，已从最初在风洞试验和外流气动试验中的应用发展到对叶轮机械内部流动的测量。本文的研究工作就是围绕发展PSP这一新型的测压技术而展开的，目的是要考察该技术测量叶轮机械内部流动的可行性和优缺点以及应用的难点所在，并逐步把一套完整而有效的PSP测量系统建立起来，为该技术最终能够成功地应用到实验室现有的发动机试验台上，真正成为一种可以与传统测压方法互补的新型测压手段铺平道路。本文首先进行PSP校准子系统的设计和搭建，主要包括校准箱的设计，涂料、激励光源、图像采集设备和滤光片的选择，以及图像数据处理程序的编写。整套测量系统搭建起来以后，首先对中科院化学所提供的PSP样片进行校准试验，绘制PSP的Stern-Volmer压力校准曲线以确定整套系统能否进行有效的测量，并改进系统的不足之处。测量结果符合PSP的基本特性，证明了本文搭建的PSP系统的可行性。同时发现在拟合校准曲线时，如果压力的跨度较小，通常可认为压力在0～1atm范围内变化，直接采用一阶线性拟合即可。当压力跨度较大时，需用二阶或更高阶的曲线拟合。为了模拟真实的试验台测量环境，为今后PSP的应用积累更丰富的经验，本文校准了温度、光源照射角度、视窗、相机探测角度等多种因素对测量结果的影响，得出的结论如下：科学级CCD相机测量精度高、噪声小、对入射光的响应线性度好，然而在测量压力变化较大的情况下，数码相机经过误差修正后，同样能获得很好的测量结果；当被测表面无阴影时，光源照射角在45°～90°范围内均可得到可信的PSP测量结果；除非在相机视角相当小的特殊情况下，视角的变化一般不会对测量产生明显的影响，对于平板测量，视角在20°～90°范围内，可以忽略视角变化对结果的影响；中科院提供的FOP系列涂料，在温度小于等于30℃时，PSP的性能受温度的影响很小。最后本文初步探索了PSP在低速射流风洞平面叶栅中的应用，并总结了试验和图像处理时需注意的事项。