压力敏感涂料特性及其校准技术研究

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压力敏感涂料(pressure sensitive paint,PSP)测压技术是一种基于高分子聚合物光致发光过程和氧猝灭效应的表面压力光学测量方法,自上世纪80年代提出以来,以其巨大的发展潜力和技术优势,被称为压力测量技术的一次革命,受到了国内外的广泛关注和深入研究,目前已发展成为世界各国大型风洞重要的试验技术。涂料是开展PSP光学测量的基础与核心,其特性及校准技术直接关系到测压试验数据的可靠性和测量不确定度。本文以西北工业大学PSP校准系统为主要研究平台,通过国产单组份压敏涂料的静态校准及光降解实验,以自主编制的PSP静态校准与特性分析图像后处理软件(Paint Calibration and Properties AnalysisSoftware,PCPAS)为分析工具,较为深入地研究了压敏涂料的主要特性及其影响因素,得出了一些对PSP测压技术应用有参考作用和指导意义的结论。在引言中,本文重点介绍了压敏涂料特性及其校准技术的研究背景以及国内外研究现状,最后介绍了本文的主要工作。第二章首先介绍了PSP测压技术的光化学基本原理,并对其光动力学模型进行了着重分析与总结。然后,简要总结了压敏涂料的基本组成、常用配方和应用特点,给出了涂料的主要特性指标及其物理意义。最后,对PSP校准技术和风洞试验测量系统进行了综述。第三章简要介绍了国产单组份压力敏感涂料的主要特性以及西北工业大学PSP静态校准系统的基本组成和特点,最后,对PSP校准系统进行了调试和性能验证,确保了测量系统的可靠性。第四章简要介绍了基于MATLAB图像处理工具箱与图形用户界面(GUI)自主编制的PSP静态校准与特性分析图像后处理软件(PCPAS)的主要功能、实现算法、优缺点及进一步的改进方向。PCPAS软件初步实现了PSP静态校准图像后处理软件的国产化,也为PSP风洞试验图像后处理软件的研制奠定了基础。同时,与Afix2和美国ISSI公司OMS Calibration等图像后处理软件相比,该软件拓展了部分功能模块,具有较好的适用性。第五章首先介绍了压敏涂料的喷涂与固化工艺流程、实验的基本方案以及主要步骤和操作规范,然后,基于Stern-Volmer关系式及其衍生式,从压敏涂料光化学的基本理论和基本模型出发,分析了涂料发光强度、压力灵敏度等主要特性参数的规律特点以及对PSP测量的影响。最后,本文以自主编制的PSP静态校准和特性分析图像后处理软件(PCPAS)为支撑,基于涂料静态校准和光降解实验的实验结果,分析了涂料发光强度、压力响应非线性特性、校准空间不均匀性和光降解等重要特性以及涂层厚度、白色底漆、激发光强度和图像处理方法等因素对涂料主要特性的影响规律,得出了一些对PSP测压技术应用有具参考作用和指导意义的结论。最后,第六章对已有的工作进行了总结,指出了本文研究工作的主要创新点、存在的不足和进一步的研究方向。本文通过对PSP测量技术的前期预研,初步实现了PSP静态校准与特性分析图像后处理软件的国产化,基本掌握了涂料的喷涂与固化工艺流程、静态校准实验的步骤和操作规范以及图像后处理方法,较为深入地研究了涂料压力响应非线性、校准空间不均匀性以及光降解等特性及其影响因素,初步了解并掌握了PSP测压技术的基本规律和技术特点,为PSP测量技术在风洞试验中的工程应用奠定了基础。
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