一种风阻检测分析方法

1.本发明涉及风阻检测技术领域，具体涉及一种风阻检测分析方法。


背景技术：

2.在流体表面压力或承压表面压力测量时，现有测量方式仅能对其表面个别点位进行压力测量或对局部表面进行的总体压力评估，而无法测量表面的压力具体分布情况。但是测量表面压力分布，尤其是微压分布情况尤其重要，此时针对某个点的压力传感器无法完成这一目标。现有技术中大多通过风洞来进行迎风结构的风阻检测；但是现有的风阻检测方式难以在被测结构上直观地看出迎风面不同位置的风阻情况。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种风阻检测分析方法。
4.一种风阻检测分析方法，其包括以下步骤：
5.步骤一、在被测结构的迎风面上开设安装孔组；迎风面的平面部分的安装孔密度小于迎风面的曲面部分的安装孔密度。
6.步骤二、在各个安装孔中安装压力测量单元。在被测结构的迎风面上覆盖显色层。显色层采用柔性显示屏。当压力测量单元检测到不同的压力时，柔性显示屏上的对应位置显示不同的颜色。
7.步骤三、将被测结构放入风洞中；风洞对被测结构施加不同的风力，各压力测量单元分别检测自身的压力变化并上传至控制器。控制器控制显色层的不同位置根据对应的压力测量单元测得的压力显示不同的颜色。工作人员根据被测结构不同位置的颜色，判断被测结构整体和局部的风阻情况。
8.作为优选，所述迎风面的平面部分上相邻两个安装孔的中心距为3cm；迎风面的曲面部分上相邻两个安装孔的中心距为1cm。
9.作为优选，所述的被测结构为交通工具的外壳。
10.作为优选，所述的压力测量单元包括石墨烯薄膜、法珀腔、多模光纤、光源和光谱采集系统。多模光纤的截面形状与安装孔的截面形状相同。多模光纤的一端开设有法珀腔，并设置有石墨烯薄膜。石墨烯薄膜的外侧面与被测结构的检测面平齐。多模光纤的另一端设置有光源，并与光谱采集系统的光信号输入接口连接。光源发出的光线在多模光纤内传输，并在法珀腔处发生反射。光谱采集系统检测法珀腔反射光的干涉情况，并根据干涉变化情况，判断石墨烯薄膜受到的压力。
11.作为优选，所述的压力测量单元的检测部与被测结构的迎风面平齐。
12.作为优选，所述光谱采集系统采用光纤光栅解调仪。
13.作为优选，所述的法珀腔为光纤的端面上通过化学腐蚀形成的空气腔。
14.本发明的有益效果如下：
15.1.本发明能够在风阻测试中通过显色层的颜色变化直观表现出不同形状的迎风
面的风阻情况，从而帮助设计人员的被测结构进行空气动力学改进。
16.2.本发明通过分布式的压力测量阵列，实现任意形状的被测结构上的多点微压力测量，进而达到整体和局部风阻的综合检测。
附图说明
17.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
18.图1为本发明实施例1的结构示意图；
19.图2为本发明实施例1中压力测量单元的结构示意图；
20.图3为本发明实施例1中压力测量单元的工作原理示意图；
21.图4为本发明实施例1中压力测量单元的信号传输示意图。
22.图5为本发明实施例2中被测结构在风洞中的正面示意图。
23.图6为本发明实施例2中被测结构在风洞中的侧面示意图。
24.附图标记：图1和2中，1为石墨烯薄膜；2为法珀腔；3为多模光纤；4为压力测量单元；5为被测结构。图3中，l0为腔长；e0为入射光振幅；e1为反射光在法珀腔上的振幅；e2为反射光在法珀腔的振幅；e2i为入射光在石墨烯的振幅；e2r为反射光在石墨烯的振幅。图5和6中，6为被测结构，7风洞。
具体实施方式
25.下面将结合实例对本发明进行更仔细的描述。
26.实施例1
27.如图1所示，一种微压测量的分布式测量系统，包括被测结构5、压力测量单元4、显色层和控制器。被测结构5的检测面即可是平面，也可以是曲面。被测结构5的检测面上开设有安装孔阵列。安装孔阵列包括呈矩阵状排列的若干个安装孔。每个安装孔内均安装有压力测量单元4。相邻两个安装孔的中心距为1cm。显色层设置在被测结构5的检测面上。压力测量单元4的检测部与被测结构5的检测面平齐，保证传感器所测数据准确。被测结构5为汽车或动车的迎风面。
28.压力测量单元4包括石墨烯薄膜1、法珀腔2、多模光纤3、光源(图中未示出)和光谱采集系统(图中未示出)。多模光纤3的截面形状与安装孔的截面形状相同。多模光纤3的一端开设有法珀腔2；法珀腔2的开口处粘贴覆盖有石墨烯薄膜1。石墨烯薄膜1的外侧面与被测结构5的检测面平齐。多模光纤3的另一端设置有光源，并与光谱采集系统的光信号输入接口连接。法珀腔2为光纤的端面上通过化学腐蚀形成的空气腔。本实施例中，光源集成在光谱采集系统中。
29.工作过程中，光源发出的光线在多模光纤3内传输，并在法珀腔2处发生反射。光谱采集系统检测法珀腔2反射光的干涉情况。当石墨烯薄膜1受到压力时，法珀腔2发生变形，从而改变法珀腔2的反射特性，使得光谱采集系统测得的干涉情况发生变化。所述光谱采集系统采用光纤光栅解调仪。具体来说，压力测量单元4通过对于光的检测来实现对于压力的测量，具体原理为入射光进入法珀腔后，部分入射光会被石墨烯反射回去，另外一部分会被光纤的凹面(即法珀腔的界面)反射回来，这两部分光由于频率相同，因此会发生干涉现象。当石墨烯膜上有压力变化时会导致薄膜发生形变，从而导致反射光干涉光发生变化。当石
墨烯膜上有压力变化导致薄膜发生形变，导致反射光的干涉光谱发生变化，通过检测反射光变化可以得知腔长的变化，进而通过计算可以得知压力的变化情况。经理论推导可知压力与腔长变化的无量纲关系式为l＝50-30
×
p；l为腔长，单位是μm，p为压力大小，单位是mpa，压力的测量范围从0—0.1mpa，测量精度不小于50nm/kpa。
30.光纤光栅解调仪可以较为方便的传输采集的数据并对其进行远程控制，设定5hz光源的频率，以及10次每分钟的采样的时间间隔。由于光纤光栅解调仪采集到的信息量较大，故需要对采集的数据进行检测分析，过滤一些扰动，避免采集的数据中产生毛刺和失真，通过使用smooth函数对数据进行处理，使最终得到的数据曲线变得平滑。
31.控制器中的软件系统需要实现数据的采集并计算出压力的大小，并对数据进行存储方便后续处理。显色层采用柔性显示屏；在控制器的控制下，显色层能够在不同的位置显示不同的颜色。通过将不同的压力值与不同的颜色之间建立映射关系。根据被测结构上不同位置的压力变化，调整显色层不同位置的颜色，从而能够直观地观察被测结构5的表面压力。
32.实施例2
33.如图5和6所示，一种风阻检测分析方法，其包括以下步骤：
34.步骤一、在被测结构6的迎风面上开设安装孔阵列；迎风面的平面部分上相邻两个安装孔的中心距为3cm；迎风面的曲面部分上相邻两个安装孔的中心距为1cm。可通过改变安装孔的密度来调节风阻测量的精度。本实施例中，被测结构6为汽车或动车。
35.步骤二、在各个安装孔中安装压力测量单元4。压力测量单元4的结构与实施例1中的记载相同。在被测结构的迎风面上覆盖显色层。显色层采用柔性显示屏。当压力测量单元4检测到不同的压力时，柔性显示屏上的对应位置显示不同的颜色。从而将迎风面上的压力变化情况通过颜色的方式直观显示在被测结构上。
36.步骤三、将被测结构放入风洞7中；风洞7对被测结构施加不同的风力，各压力测量单元4分别检测自身的压力变化并上传至控制器。控制器控制显色层的不同位置根据对应的压力测量单元4测得的压力显示不同的颜色。所述控制器中的软件系统实现光谱数据的采集并计算出压力大小，并输出色彩分布信号。根据定制的分布式薄膜式压力传感器的端口，控制器控制整个系统光源频率、采样频率及采样时间间隔，并对传感器数据进行处理，可以通过控制器计算出整个面的压力分布情况。
37.工作人员根据被测结构不同位置的颜色，判断该结构在不同风力下的风阻大小，进而对被测结构的形状进行空气动力学上的改进和完善。