La pintura sensible a la presión (PSP) es un método para medir la presión del aire o la concentración local de oxígeno, generalmente en entornos aerodinámicos. El PSP es un recubrimiento similar a una pintura que emite fluorescencia bajo una longitud de onda de iluminación específica en diferentes intensidades dependiendo de la presión de aire externa que se aplica localmente a su superficie.
Cómo funciona
La superficie de un modelo se pinta con el revestimiento de PSP con un aerógrafo o una pistola de pintura de tipo automotriz. El PSP consta de una sonda sensible al oxígeno suspendida en un aglutinante permeable al oxígeno. Luego, el modelo se coloca en un horno para que la capa de PSP pueda curar. Una vez curado, el modelo se coloca en un túnel de viento o en un entorno de prueba apropiado. Se utilizan lámparas LED de una longitud de onda específica para excitar la sonda sensible a la presión dentro de la pintura. Una vez excitada, la sonda sensible a la presión pasa a un estado de mayor energía donde puede emitir un fotón o apagarse por el oxígeno local presente. Este proceso competitivo de emisión y enfriamiento determina la respuesta de intensidad de la capa de pintura. El resultado es una fluorescencia más tenue donde hay una presión más alta y una respuesta más brillante a presiones más bajas.
La intensidad emitida desde la superficie se registra luego a través de un filtro de paso largo por un CCD o una cámara de grado científico y se almacena para su conversión a presión utilizando una calibración previamente determinada. Las imágenes de la capa de pintura se registran en tres condiciones. Una imagen de viento en una condición de referencia conocida que es típicamente condiciones atmosféricas estándar con el túnel apagado. Una imagen de viento en condición de carga donde el túnel de viento está funcionando en condición. Y por último una imagen de fondo donde se captura la luz ambiental presente sin la fuente de iluminación. A continuación, la imagen de fondo se resta de la referencia de liquidación y la imagen de condición de liquidación en el procesamiento de datos. Se pueden obtener fotografías de la superficie desde fuera de la sección de prueba del túnel de viento, lo que significa que el modelo nunca necesita ser alterado o tocado para obtener la distribución de la presión. La fotografía asistida por computadora se puede utilizar para producir imágenes en falso color , donde el rango de color corresponde a las variaciones de presión. [1]
Aplicaciones
Debido al alto costo de construir aviones , los primeros diseños de aviones propuestos generalmente se someten a pruebas aerodinámicas en túneles de viento . En estos túneles, los modelos (generalmente de subescala) se someten a corrientes de aire para simular un avión real en vuelo libre. Las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre el modelo se miden y se utilizan para predecir la respuesta de un avión cuando se somete a flujos de aire equivalentes.
Los automóviles también se someten a pruebas aerodinámicas en túneles de viento . Las empresas de automóviles utilizan los datos recopilados en estas pruebas para medir áreas de alta y baja presión. Estos datos ayudan a los ingenieros a mejorar los diseños para aumentar el rendimiento de los vehículos. Al cambiar estos diseños, los ingenieros pueden ayudar a mejorar el rendimiento de la gasolina y reducir el ruido. [2]
Para medir las fuerzas aerodinámicas en todo el modelo, los balances de vigas están conectados al modelo. Sin embargo, también es imperativo comprender cómo se distribuyen esas fuerzas a través de las superficies aerodinámicas de la aeronave, y esta comprensión es más difícil de obtener. El enfoque clásico ha sido utilizar una serie de tomas de presión para medir las distribuciones de presión superficial en un modelo. Las tomas de presión proporcionan una resolución espacial limitada y, a menudo, están limitadas por la geometría del modelo y pueden ser muy caras de integrar en geometrías complejas.
PSP proporciona una alternativa de bajo costo que es menos invasiva que las matrices de tomas de presión. PSP también ofrece una resolución espacial superior, con cada píxel de la cámara de imágenes actuando como un toque de presión. PSP puede lograr una precisión dentro de los 150 Pa de las mediciones de tomas de presión con una buena configuración y experiencia.
Las aplicaciones de PSP resueltas en el tiempo implican excitación pulsada y retardo y activación de los dispositivos de imagen. Por tanto, se pueden determinar las diferencias de presión en función del tiempo. En este caso, los dispositivos de formación de imágenes deben sincronizarse con la excitación. Los generadores de impulsos / retardos digitales multicanal proporcionan esa sincronización.
Pintura sensible a la presión binaria
Otro campo de interés ha sido la medición de la presión superficial en túneles de viento de baja velocidad. Los sistemas PSP binarios se utilizan en entornos de túneles de viento de baja velocidad donde los gradientes de presión son pequeños y las fuentes de error son más importantes. El cambio de modelo entre la condición de referencia y la condición de carga, la variación en el espesor de la pintura, la inestabilidad de la lámpara y la temperatura son fuentes importantes de error en los datos de PSP. El PSP binario mitiga muchas de estas fuentes de error al emplear una segunda sonda en la capa de pintura, conocida como sonda de referencia. Esta sonda de referencia se utiliza para relacionar los efectos de estos errores produciendo mapas de presión PSP de alta calidad a bajas velocidades.
Ventajas
La mayor ventaja de la nueva tecnología es su tiempo de preparación mucho más reducido en comparación con la instalación de una serie de tomas de presión. El mismo modelo se puede utilizar para otras pruebas, como pruebas de carga o pruebas de reflexión de radar, ya que el PSP no interferirá con otras preparaciones o configuraciones. Hay muchos más puntos de datos que otros métodos. Básicamente, hay un "toque de presión" en cada píxel en lugar de limitarse a los toques de presión reales.
Referencias
- ^ Ir con la corriente , Ingeniería aeroespacial y fabricación, marzo de 2009, págs. 26-27 ( Sociedad de ingenieros automotrices )
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 6 de febrero de 2018 . Consultado el 6 de marzo de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )