압력에 민감한 페인트

Pressure-sensitive paint

압력 감지 페인트(PSP)는 공기 압력 또는 국소 산소 농도를 측정하는 방법이며, 일반적으로 공기역학적 설정에서 사용된다.PSP는 표면에 국소적으로 적용되는 외부 기압에 따라 다른 강도로 특정 조명 파장 하에서 형광하는 페인트와 같은 코팅이다.

작동 방식

모델 표면은 PSP 코팅으로 에어브러시 또는 자동차형 페인트건으로 도장한다.PSP는 산소 투과성 바인더에 매달린 산소 민감 프로브로 구성된다.그리고 나서 모델은 PSP 층이 치료될 수 있도록 오븐에 넣어진다.일단 경화되면 모델은 풍동이나 적절한 시험 환경에 놓이게 된다.특정 파장의 LED 램프는 페인트 내 압력에 민감한 프로브를 흥분시키는 데 사용된다.일단 흥분되면, 압력 감지 탐침은 광자를 방출하거나 존재하는 국소 산소에 의해 질식될 수 있는 더 높은 에너지 상태로 전환된다.이 경쟁적인 방출과 quenching 과정은 페인트 층의 강도 반응을 결정한다.그 결과는 낮은 압력에서 더 높은 압력과 더 밝은 반응이 있는 더 희미한 형광이다.

그런 다음 표면에서 방출되는 강도는 CCD 또는 과학 등급 카메라에 의해 롱패스 필터를 통해 기록되고 이전에 결정된 보정을 사용하여 압력으로 변환하기 위해 저장된다.페인트 층의 이미지는 세 가지 조건에서 기록된다.일반적으로 터널이 꺼진 상태에서 표준 대기 조건인 알려진 기준 조건에서의 윈드오프 영상.바람 터널이 조건에서 실행되는 로드 상태의 윈드온 이미지.그리고 마지막으로 주변 빛이 존재하는 배경 이미지를 광원 없이 캡처한다.그런 다음 데이터 처리 시 배경 영상은 윈드오프 기준 및 윈드온 조건 영상에서 감산된다.풍동 시험 구간 외부에서 표면 사진을 얻을 수 있는데, 이는 압력 분포를 얻기 위해 모델을 방해하거나 만질 필요가 없다는 것을 의미한다.컴퓨터 보조 사진술은 거짓 색상을 만드는 데 사용될 수 있는데, 여기서 색 범위는 압력 변동에 해당한다.[1]

적용들

비행기의 건설 비용이 높기 때문에, 제안된 항공기의 첫 번째 설계는 보통 풍동 터널에서 공기역학 시험을 받는다.이러한 터널에서 모델(대개 서브스케일)은 자유 비행에서 실제 비행기를 시뮬레이션하기 위해 기류에 노출된다.모델에 작용하는 공기역학적 힘을 측정하여 등가 기류에 노출되었을 때 비행기의 반응을 예측하는 데 사용된다.

자동차도 풍동실험 대상이다.자동차 회사들은 이 시험에서 수집된 데이터를 사용하여 고압과 저압의 영역을 측정한다.이 데이터는 엔지니어가 차량의 성능을 향상시키기 위해 설계를 개선하는 데 도움이 된다.이러한 설계를 변경함으로써 엔지니어는 가스 주행거리를 개선하고 소음을 줄일 수 있다.[2]

전체 모델의 공기역학적 힘을 측정하기 위해 빔 밸런스를 모델에 연결한다.그러나 이러한 힘이 항공기의 공기역학적 표면에 어떻게 분산되는지 이해하는 것도 필수적이며 이러한 이해는 얻기 더 어렵다.전통적인 접근방식은 모델의 표면 압력 분포를 측정하기 위해 일련의 압력 탭을 사용하는 것이었다.압력탭은 제한된 공간 분해능을 제공하며 종종 모델 기하학에 의해 제한되며 복잡한 기하학적 구조로 통합하는 데 매우 비용이 많이 들 수 있다.

PSP는 압력 탭 어레이보다 침습성이 낮은 저비용 대안을 제공한다.PSP는 또한 영상 카메라의 각 픽셀이 압력 탭 역할을 하는 등 뛰어난 공간 해상도를 제공한다.PSP는 좋은 설정과 경험을 통해 압력 탭 측정의 150Pa 내에서 정확도를 달성할 수 있다.

시간이 경과한 PSP 애플리케이션은 영상 장치의 펄스 흥분, 지연 및 게이트를 포함한다.따라서 시간의 함수로서 압력 차이를 결정할 수 있다.이 경우 영상 장치는 흥분과 동기화되어야 한다.다중 채널 디지털 지연/펄스 생성기는 그러한 동기화를 제공한다.

이항 압력 민감도 페인트

또 다른 관심 분야는 저속 풍동에서의 표면 압력 측정이다.이진 PSP 시스템은 압력 구배가 작고 오류 발생원이 더 큰 저속 풍동 환경에서 사용된다.기준 조건과 부하 조건 간의 모델 이동, 페인트 두께의 변화, 램프 불안정성 및 온도는 PSP 데이터의 중요한 오류 원인이다.이진 PSP는 기준 프로브라고 알려진 페인트 층에 대한 두 번째 프로브를 채택하여 이러한 오류 발생원의 많은 부분을 완화시킨다.이 기준 프로브는 저속에서 고품질의 PSP 압력 맵을 생성하는 이러한 오류의 영향을 비율 측정하는데 사용된다.

이점

신기술의 가장 큰 장점은 일련의 압력탭을 설치하는 것에 비해 준비 시간이 훨씬 단축되었다는 것이다.PSP는 다른 준비나 설정을 방해하지 않기 때문에 하중 시험이나 레이더 반사 시험과 같은 다른 시험에도 동일한 모델을 사용할 수 있다.다른 방법보다 데이터 포인트가 훨씬 많다.실제 압력 탭으로 제한되는 대신 모든 픽셀에는 기본적으로 "압력 탭"이 있다.

참조

  1. ^ 2009년 3월 항공우주공학 및 제조의 흐름과 함께, 페이지 26-27 (자동차공학회)
  2. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2018-02-06. Retrieved 2010-03-06.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)