陣列式高頻熱流信號(hào)薄膜傳感器制備工藝與參數(shù)研究*

董依依，衷洪杰

（中國(guó)航空工業(yè)空氣動(dòng)力研究院，沈陽(yáng) 110034）

從19世紀(jì)80年代Osborne Reynolds 的開創(chuàng)性工作起，由層流向湍流的轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象一直是流體力學(xué)的研究熱點(diǎn)[1]。對(duì)于高速飛行器，轉(zhuǎn)捩直接影響總阻力與表面氣動(dòng)加熱。從3 種經(jīng)典流體力學(xué)研究手段來(lái)看，在數(shù)值分析方面，求解轉(zhuǎn)捩問(wèn)題使用的湍流模型是經(jīng)驗(yàn)公式，無(wú)法解釋所有的現(xiàn)象；通過(guò)N–S 方程或線性穩(wěn)定性方程求解的計(jì)算量極大。相比于飛行試驗(yàn)，風(fēng)洞試驗(yàn)具有成本低、可重復(fù)、邊界層流動(dòng)信息測(cè)量精細(xì)的優(yōu)勢(shì)[2]，是研究高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的重要手段。

高超聲速流場(chǎng)本質(zhì)是高度非均勻、非定常的復(fù)雜的三維流動(dòng)，存在流動(dòng)參數(shù)變化梯度很大的激波、滑流面、分離剪切層等[3]。隨著馬赫數(shù)增大到高超聲速，邊界層轉(zhuǎn)捩機(jī)制和影響因素變得更為復(fù)雜，相互作用尤為突出。其邊界層轉(zhuǎn)捩的預(yù)測(cè)和控制問(wèn)題至今仍然沒(méi)有被很好地解決，邊界層轉(zhuǎn)捩仍然是制約高超聲速技術(shù)突破的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題之一，是當(dāng)前國(guó)際學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)[2]。其中傳感器的選擇會(huì)對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果造成巨大的影響，例如Craig 等[4]使用熱線風(fēng)速儀對(duì)Ward 等[5]的圓錐模型深入研究橫流駐波的二次失穩(wěn)測(cè)量試驗(yàn)時(shí)，由于熱線頻率響應(yīng)量程不同，他們不但沒(méi)有測(cè)量到原試驗(yàn)中的高頻信號(hào)，反而得到了兩個(gè)低頻信號(hào)，甚至沒(méi)有監(jiān)測(cè)到湍流和轉(zhuǎn)捩的出現(xiàn)。

由于傳統(tǒng)的表面熱線易被吹斷、紅外測(cè)量邊界層轉(zhuǎn)捩方法受相機(jī)幀率限制難以捕捉到高超聲速流場(chǎng)中的高頻信號(hào)，Ling 等[6]于1956年開始引入熱膜探頭作為湍流研究的工具。……