光纤珐珀传感器在空气/水动力学方面的应用研究

作     者：解真东 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冉曾令

授予年度：2019年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080103[工学-流体力学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080104[工学-工程力学] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：光纤珐珀传感器 光纤天平 温度补偿 风洞试验 空气动力学测试 

摘      要：空气动力学测试是航空航天和武器装备研制最基本的测试项目之一。目前,国内主要使用基于电阻应变计传感器的电阻天平进行气动力测量,但由于电阻应变计传感器存在温漂大,高温不稳定,易受电磁干扰等局限,使得电阻天平在恶劣环境下难以达到高精度测试要求。光纤传感器具有尺寸小、抗电磁干扰、耐高温、响应快、可靠性好、灵敏度高等优点,为探索新的风洞天平测力技术提供了新思路。本文提出一种超高灵敏度,低温度系数的全光纤法布里-帕罗应变传感器(Fabry-Perot sensor,FP),并应用于不同类型的测力天平来实现对不同航空、航天模型的空气动力学测试。其中,与中国空气动力研究与发展中心合作研制的六分量光纤天平在超高声速风洞中实现了在不同温度下对高超声速风洞常用标准模型进行了空气动力学测试。实验结果表明,基于此传感器的光纤天平具有高重复性的温度补偿系数、低于0.4%的高静态测量精度,以及天平受力大小与传感器输出的超高线性度。在风速为马赫4(常温)、马赫8(750K)的风洞测试中,此光纤天平实现了对标模的气动力系数的高精度测量,所有状态均达到并超过了设计指标(1.5%),且绝大部分试验的重复精度小于1%;并且所测得的气动特性系数随攻角变化规律较好的吻合风洞常规应变计天平试验结果。基于此光纤珐珀应变传感器研制研发的7杆光纤天平已分别在水洞、高速风洞、超高速风洞等应用场景实现了应用,并实现了高湿环境下的长期稳定性使用、高温环境下的高精度测量、以及解决了强振动干扰环境下的高精度测量问题。