世界首台套流体壁面剪应力测试仪诞生西北工业大学

▲世界首台（套）流体壁面剪应力测试仪。

记者4月17日从西北工业大学获悉，世界上第一台（套）流体壁面剪应力测试仪最近在该校空天微纳系统教育部重点实验室研制成功。该仪器在高性能微型敏感探头技术、微弱信号抗干扰电测系统技术及复杂恶劣工作环境探头封装保护技术上取得突破，能够对流体壁面剪应力进行快速、有效、可靠测试，测试结果为大型客机、航空发动机、水下航行器外形设计及河口海岸工程提供数据支撑。此举为飞行器/航行器的摩阻应力与精细流动测试提供了核心装备，解决了重大工程需求。

▲世界首台（套）流体壁面剪应力测试仪。

▲世界首台（套）流体壁面剪应力测试仪。

流体壁面剪应力是最基本的流体力学参量之一，是研究边界层流动状态的直接物理量，是精细掌握与控制摩擦阻力的最重要依据。对物体表面进行剪应力测量，能够掌握物体表面流场状态，为外形、结构优化提供基础数据。由于剪应力量值极小、动态性高、被测流场极易受到干扰破坏，国内外一直没有形成有效测试手段，更没有专门仪器，影响了相关科技工业发展和重大工程建设。

在国家重大科学仪器设备开发专项支持下，西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室研究团队，近期研制出功能齐全、质量稳定可靠、测试结果准确直观的流体壁面剪应力测试仪。

团队成员邓进军副教授介绍，该测试仪充分利用微机电系统（MEMS）技术高度集成、灵敏度高、动态性好的独特优势，通过建立微加工工艺及测试规范，研发出柔性热敏薄膜微传感器和浮动式剪应力微传感器两类关键核心器件。同时，仪器配备多通道探头，能捕捉不同位置流场数据并进行流动状态分析，成套流体壁面剪应力测试仪器测量范围0-60Pa，最高分辨率0.3Pa，精度5%，并具有高时间/空间分辨率、对流场干扰小的优点。

近年来，西北工业大学团队与中国空气动力研究与发展中心、中国商飞上海飞机设计研究院、中航北京长城计量测试技术研究所、中国船舶科学研究中心、南京水利科学研究院展开研发合作，深度参与了这些单位的航空航天气动实验、民机气动测试、水下航行器测试、河口海岸工程水动力学试验等。测试结果为C919、ARJ21等大型客机以及航空发动机、水下航行器和等气动及水动力学优化设计提供了技术支持。同时，经过抗电磁干扰、抗振动冲击等一系列可靠性测试优化，该仪器达到了国家标准GB/T6587-2012（电子测量仪器通用规范）要求，能够在复杂工作环境下保持正常工作。

▲浮动式剪应力微传感器。

▲柔性热膜剪应力传感器阵列。

“流体壁面剪应力测试仪开发与应用”项目，是西北工业大学该实验室2013年起牵头承担的国家重大科学仪器设备开发专项。该项目针对重大工程需求及广阔市场前景，致力于开发流体壁面剪应力测试仪器，解决气动/水动实验长期存在的流体壁面剪应力无法有效测量难题，制定规范，建立标准，提升我国实验流体力学重要科学仪器设备自主创新与核心竞争能力。结合代表性需求进行应用开发，服务国家重大工程。结合企业建立仪器制造、测试及可靠性与质量保障体系，形成工程化平台。

早在2010年，该实验室就研发出系列微型传感器，解决了核心测量器件的瓶颈问题，获得了很好的工程应用，荣获2010年国家技术发明二等奖。2016年下半年，他们开发出相应的工程化样机，在进行大量验证性实验和应用实验，优化改进原理样机的基础上，依托产业化单位——中航电测仪器股份有限公司，于2017年生产出7台工程化测试仪。

邓进军告诉记者，目前，西工大研发团队已完成微传感器探头、仪器整机工程化制造与测试平台，建成仪器生产所需的精密加工、装配等工艺和可靠性质量保障体系，预计2020年，将达到年产整机150台生产能力。

据了解，成立于1992年的空天微纳系统教育部重点实验室，是国内较早开展微机电系统（MEMS）研究的单位之一，是面向全国开放的MEMS研究和人才培养的重要基地，具备国内一流、国际先进研究条件，在微机电系统设计、制造、自主研发方面有着雄厚实力。该实验室以微机电系统技术为核心，以纳机电系统（NEMS）技术为深入方向，以面向“三航”（航空、航天、航海）及国家重大需求的微纳系统及相关技术研究为重点和特色。先后主持承担了一系列国家重要科研项目，在面向“三航”的典型应用微系统、MEMS集成设计等方向上达到国内领先、国际先进水平。获国家技术发明二等奖2项，省部级科技成果奖10余项。

文：报驻陕西记者 韩 宏  通讯员付 怡

图：西北工业大学提供

编辑制作：韩 宏

责任编辑：叶志明

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