我國研制出首臺流體壁面剪應力測試儀

   記者17日從西北工業大學獲悉，世界上第一臺(套)流體壁面剪應力測試儀最近在該校空天微納系統教育部重點實驗室研制成功。該儀器在高性能微型敏感探頭技術、微弱信號抗干擾電測系統技術及復雜惡劣工作環境探頭封裝保護技術上取得突破，能夠對流體壁面剪應力進行快速、有效、可靠測試，測試結果為大型客機、航空發動機、水下航行器外形設計及河口海岸工程提供數據支撐。此舉為飛行器/航行器的摩阻應力與精細流動測試提供了核心裝備，解決了重大工程需求。

流體壁面剪應力是最基本的流體力學參量之一，是研究邊界層流動狀態的直接物理量，也是精細掌握與控制摩擦阻力的最重要依據。對物體表面進行剪應力測量，能夠掌握物體表面流場狀態，為外形、結構優化提供基礎數據。由于剪應力量值極小、動態性高、被測流場極易受到干擾破壞，國內外一直沒有形成有效測試手段，更沒有專門儀器，影響了相關科技工業發展和重大工程建設。在國家重大科學儀器設備開發專項支持下，西北工業大學空天微納系統教育部重點實驗室研究團隊近期研制出功能齊全、質量穩定可靠、測試結果準確直觀的流體壁面剪應力測試儀。

團隊成員鄧進軍副教授介紹，該測試儀充分利用微機電系統(MEMS)技術高度集成、靈敏度高、動態性好的獨特優勢，通過建立微加工工藝及測試規范，研發出柔性熱敏薄膜微傳感器和浮動式剪應力微傳感器兩類關鍵核心器件。同時，儀器配備多通道探頭，能捕捉不同位置流場數據并進行流動狀態分析，成套流體壁面剪應力測試儀器測量范圍0-60Pa，最高分辨率0.3Pa，精度5%，并具有高時間/空間分辨率、對流場干擾小的優點。

近年來，西北工業大學團隊與中國空氣動力研究與發展中心、中國商飛上海飛機設計研究院、中航北京長城計量測試技術研究所、中國船舶科學研究中心、南京水利科學研究院開展研發合作，深度參與了這些單位的航空航天氣動實驗、民機氣動測試、水下航行器測試、河口海岸工程水動力學試驗等。測試結果為C919、ARJ21等大型客機以及航空發動機、水下航行器和等氣動及水動力學優化設計提供了技術支持。同時，經過抗電磁干擾、抗振動沖擊等一系列可靠性測試優化，該儀器達到了國家標準GB/T6587-2012(電子測量儀器通用規范)要求，能夠在復雜工作環境下保持正常工作。

“流體壁面剪應力測試儀開發與應用”項目，是空天微納系統教育部重點實驗室2013年起牽頭承擔的國家重大科學儀器設備開發專項。該項目針對重大工程需求及廣闊市場前景，致力于開發流體壁面剪應力測試儀器，解決氣動/水動實驗長期存在的流體壁面剪應力無法有效測量難題，制定規范，建立標準，提升我國實驗流體力學重要科學儀器設備自主創新與核心競爭能力。

鄧進軍告訴記者，目前，西工大研發團隊已完成微傳感器探頭、儀器整機工程化制造與測試平臺，建成儀器生產所需的精密加工、裝配等工藝和可靠性質量保障體系，預計2020年，將達到年產整機150臺生產能力。

據了解，成立于1992年的空天微納系統教育部重點實驗室，是國內較早開展MEMS研究的單位之一，是面向全國開放的MEMS研究和人才培養的重要基地，具備國內一流、國際先進研究條件，在微機電系統設計、制造、自主研發方面有著雄厚實力。