Drucksensitive Farbe (PSP)

Abteilung Experimentelle Verfahren

Prinzip des optischen Sensors
Die PSP-Technik ist eine optische Messmethode, die es erlaubt, die Druckverteilung auf einer Oberfläche zu bestimmen, ohne Einbringung störender Sonden oder direkte Beeinflussung der zu untersuchenden Modelloberfläche. Das Verfahren beruht darauf, dass ein spezieller Farbanstrich auf das Modell aufgebracht ist, welcher zum Beispiel mit UV-Licht bestrahlt wird. Die Intensität des resultierenden Fluoreszenzlichts ist abhängig von der lokalen Sauerstoff-Konzentration und ermöglicht damit eine flächige Messung des Druckes.

Das DLR Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik nutzt u. a. drucksensitive Farbe („Pressure Sensitive Paint“, PSP), um die Druckverteilung auf Oberflächen von Flugzeugmodellen in Windkanälen oder Turbomaschinen zu messen.

Die optische Erfassung von Druckverteilungen an Oberflächen stellt eine wichtige Weiterentwicklung im Bereich der berührungslosen Messtechniken für die Aerodynamik dar.

Während mit der konventionellen Druckmessmethode nur die Druckverteilung an diskreten Punkten auf der Oberfläche bestimmt werden kann, ermöglicht die PSP-Methode eine flächige Messung der gesamten Oberfläche. Auch erlaubt die höhere Ortsauflösung eine bessere Beobachtung von Strömungsstrukturen. Die Verwendung von PSP ist auch kostenrelevant, weil die stark verminderte Zahl von konventionellen Drucksensoren die Modellkosten und Instrumentierungszeit erheblich reduzieren kann. Schließlich entfällt der Nachteil konventioneller Technik, schon bei Modellfertigung die Position der Drucksensoren festlegen zu müssen, ohne die Strömungsstruktur genau zu kennen. Weiterhin gibt es geometrische Beschränkungen beim Anbringen von Druckanbohrungen, denen eine PSP-Beschichtung mittels Sprühpistole nicht unterliegt.

Die PSP-Technik beruht auf der Deaktivierung fotochemischer Moleküle. Die zuvor mit Licht angeregten Moleküle emittieren  in Anwesenheit von Sauerstoff weniger Licht, was zu unterschiedlichen Helligkeitsgraden führt, die auf der Oberfläche eines Modells mit CCD-Kameras messbar sind. Mit komplexen Bildverarbeitungstechniken lässt sich daraus eine Druckverteilung ableiten. Solche Verteilungen können mit der am DLR entwickelten Software ToPas schon während der Messung aus den Bilddaten berechnet werden.

Die Sensitivität des verwendeten optischen Drucksensors, eine DLR eigene „Binärfarbe“ ist im Druckbereich von 0,1 bis 1,5 bar optimiert worden. Diese Drücke liegen typischerweise an Modellen im transsonischen Strömungsbereich vor. Das mobile DLR-PSP-System wurde aber auch schon erfolgreich im Niedergeschwindigkeits- und Hyperschallbereich eingesetzt. Unter statischen Bedingungen konnte eine Auflösung von ca. ± 1,5 mbar mit einer Antwortzeit von 0,5 s erreicht werden. Für instationäre Messungen wird derzeit an der Entwicklung „schnellerer" Farben gearbeitet.


Anwendungen

 


Kontakt
Dr.rer.nat. Christian Klein
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Experimentelle Verfahren
Tel: +49 551 709-2440

Fax: +49 551 709-2830

E-Mail: Christian.Klein@dlr.de
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