NASA начало использовать метод люминисцентных преобразователей давления для изучения неустойчивых полей давления на больших и полноразмерных моделях ракет и летательных аппаратов в аэродинамических трубах. Согласно сообщению агентства, этот метод позволит точнее понимать влияние воздушных потоков на конструкцию аппаратов на всех этапах полета.

Метод люминисцентных преобразователей давления используется для проверки моделей летательных аппаратов на протяжении последних шести-семи лет. При этом до сих пор он применялся только для исследования на уменьшенных моделях летательных аппаратов, поскольку требует относительно долгой подготовки, множества камер высокой четкости и систем подсветки.

В методе используется специальная краска, содержащая в себе органические люминофоры. Эта краска наносится на поверхность модели и во время испытаний в аэродинамической трубе облучается светом с определенной длиной волны. В ответ на облучение краска начинает испускать излучение с другой длиной волны. Это излучение и фиксируют камеры.

Динамическое изменение давления на поверхности модели ракеты. NASA

Сами органические люминофоры, содержащиеся в краске, изменяют интенсивность ответного излучения в зависимости от локального давления. Они реагируют на локальную концентрацию кислорода в воздушном потоке, которая и определяется давлением. Сегодня метод люминисцентных преобразователей давления является единственным способом бесконтактного и высокоточного измерения полей давления.

Первые опыты с краской, чувствительной к давлению, NASA начало проводить в Исследовательском центре Эймса в Калифорнии. После отработки исследовательского метода разработчики намерены изучать поля давления и их влияние на возникновение бафтинга. Так называют один из видов автоколебаний конструкции летательного аппарата, вызванных срывом турбулентных потоков с его поверхности.

В полете бафтинг может приводить к полному разрушению конструкции летательного аппарата. Хотя в целом причины возникновения бафтинга известны, точная взаимосвязь между изменением давления на поверхности летательного аппарата, его собственными колебаниями и возникновением автоколебаний не определена.

Сегодня для изучения нестабильных полей давления во время аэродинамических испытаний крупных или полноразмерных моделей летательных аппаратов используется контактный метод — на поверхности модели устанавливают сеть из мельчайших микрофонов, за счет записей с каждого из которых и формируется динамическая карта полей. Этот метод не дает высокого разрешения.

Помимо микрофонного метода в аэродинамических исследованиях применяются и методы шелковинок и цветной масляной пленки. В случае с шелковинками на поверхности модели размещается множество тонких нитей. По их колебанию и судят об аэродинамической форме аппарата. В случае с цветной масляной пленкой, некоторые участки модели покрывают густой краской, растекающейся под воздействием воздушного потока.

Автор: Василий Сычёв