一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置的制作方法

本发明涉及一种风洞试验中模型表面摩阻测量领域，特别是一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置。

背景技术：

在高速飞行环境下，摩阻在飞行器总阻力中所占的比例较大，不仅影响着飞行器的气动力性能，还对气动热有很大影响。作为流体力学的一项基础工作，摩阻预测研究受到人们的重视，世界各国的研究机构和大学都投入很大力量来研究摩阻。由于受到流动流态的影响，尤其是在高超声速条件下流动由层流转捩至湍流状态，摩阻的预测无论风洞实验还是数值模拟都存在一定困难，这种困难的根源在于摩阻绝对量值很小以及流动的复杂性。

近年来，我国逐渐研发出了利用剪切敏感液晶测量摩阻的技术，但如何将液晶的变色响应与摩擦力的绝对量值建立直接联系一直是一个制约技术进一步发展的难点。以往的标定方法通常要依赖建立一个标准流场，再借助其它传感器进行对比测量，方法繁复的同时，还不容易控制，并且会引入其它误差，不能很好的满足试验精准度要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，不必借助其它传感器，直接获得结果，测量结果不受其它传感器精度影响，加载易调节控制，提高了标定精度。装置体积小，结构简单，可维护性高，经济实用。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，包括玻璃盘、外盖、托盘、测量台、底座、定滑轮和砝码；其中，底座为圆盘机构，且底座水平放置在最低端；测量台竖直固定在底座的上表面；托盘固定安装在底座的上表面；玻璃盘固定安装在托盘的上表面；外盖固定安装在托盘的上表面；玻璃盘的外边缘通过外盖进行限位固定；定滑轮固定安装在底座的边缘处；砝码通过非弹性绳索与外盖侧边缘固定连接，且非弹性绳索放置在定滑轮上。

在上述的一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，所述的托盘的中间设置有通孔；侧量台固定安装在底座的中心位置；测量台的顶端穿过托盘的通孔与玻璃盘的下表面接触；侧量台、托盘和玻璃盘竖直同心放置。

在上述的一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，所述玻璃盘直径为90-110mm；厚度为8-12mm，通光率＞95％。

在上述的一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，所述测量台为圆柱结构，直径为28-32mm；测量台的上表面涂有液晶涂层，液晶涂层厚度为20-30μm；且测量台材料为硬铝。

在上述的一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，所述定滑轮设置在竖直方向上与外盖等高的位置，实现非弹性绳索在砝码的重量下对外盖的外侧边缘施加水平剪切力。

在上述的一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，所述的砝码质量为1-15g。

在上述的一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，在玻璃盘上表面中心的正上方固定安装有白光光源，所述白光光源色温为4900-5100K。

在上述的一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，在玻璃盘上表面的上方固定安装有相机。

在上述的一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，所述相机与玻璃盘中心位置法线夹角a为30-60°，且相机固定安装在定滑轮的对面。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了采用简单直接的静摩擦力作为加载输入，比起气体喷流更容易获得，提高了经济性，加载大小更容易调节，提高了标定精度；

(2)本发明整个标定装置体积小，结构简单，可维护性高；

(3)本发明加载的摩擦力可以通过简明的理论公式计算得到，不需要依赖其它传感器来给出加载的摩擦力数值，避免了其它传感器误差对标定精度产生负面影响。

附图说明

图1为本发明标定装置俯视图；

图2为本发明标定装置正视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

利用静摩擦力来作为标定所需要的标准输入，从而观察感应元件——液晶涂层——对摩擦力的响应，得出所需的标定数据。液晶涂层是一种对剪切力敏感的材料，当受到剪切作用时，液晶对外界反射光的波长会发生变化，让人能观察到液晶颜色发生改变，而在顺着剪切力作用的方向上所能观察到的颜色变化最大。因此，可以在施加了液晶涂层的物体表面上放置一块玻璃，玻璃与液晶涂层直接接触，以砝码通过定滑轮来对其施加横向拉力(不大于最大静摩擦力)，并在横向拉力的作用方向上用相机以一定的俯仰角观察记录液晶涂层的颜色变化，最终计算标定出颜色变化与加载的剪切力之间的对应关系。

如图1所示为标定装置俯视图，由图可知，一种针对液晶涂层的摩擦阻力标定装置，包括玻璃盘1、外盖2、托盘3、测量台4、底座5、定滑轮6和砝码7；其中，底座5为圆盘机构，且底座5水平放置在最低端；测量台4竖直固定在底座5的上表面；托盘3固定安装在底座5的上表面；玻璃盘1固定安装在托盘3的上表面；外盖2固定安装在托盘3的上表面；玻璃盘1的外边缘通过外盖2进行限位固定；定滑轮6固定安装在底座5的边缘处；砝码7通过非弹性绳索与外盖2侧边缘固定连接，且非弹性绳索放置在定滑轮6上，砝码7质量为1-15g。

其中玻璃盘1直径为90-110mm；厚度为8-12mm，通光率＞95％。

定滑轮6设置在竖直方向上与外盖2等高的位置，实现非弹性绳索在砝码7的重量下对外盖2的外侧边缘施加水平剪切力。

如图2所示为标定装置正视图，由图可知，托盘3的中间设置有通孔；侧量台4固定安装在底座5的中心位置；测量台4的顶端穿过托盘3的通孔与玻璃盘1的下表面接触；侧量台4、托盘3和玻璃盘1竖直同心放置。

测量台4为圆柱结构，直径为28-32mm；测量台4的上表面涂有液晶涂层，液晶涂层厚度为20-30μm；且测量台4材料为硬铝。

在玻璃盘1上表面中心的正上方固定安装有白光光源8，所述白光光源8色温为4900-5100K。

在玻璃盘1上表面的上方固定安装有相机9；相机9与玻璃盘1中心位置法线夹角a为30-60°，且相机9固定安装在定滑轮6的对面。

标定过程：在侧量台4顶面上喷涂上一层对剪切敏感的液晶涂层。待液晶涂层干燥稳定以后，将一块光学玻璃盘1至于放置在侧量台4顶面上，并保持两者圆心正对。将整个装置置于暗室之中，采用色温5000K左右的近似日光的白光光源正对侧量台4顶面给予照明，同时在加载用定滑轮6的对侧布置相机9。首先拍照记录初始的液晶涂层颜色，之后逐步增加等量的砝码，并记录相应的颜色。当加载的砝码能够覆盖应用目的量程后结束加载。将所记录的数字化图像导入计算机，采用图像处理技术，将所得的颜色量化，得到一组描述颜色的数据。得到一组描述摩擦力大小的颜色数据。通过拟合以上两组数据得出最终的标定曲线。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。