Drucksensitive Farbe (PSP)

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 emittierten Lichts 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.

Pressure-Sensitive Paint PIV-Verfahren

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 digitalen 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 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 bis zu ± 1,5 mbar mit einer Antwortzeit von 0,5 s erreicht werden. Für instationäre Messungen liegt eine "schnelle" PSP Farbe mit einer Grenzfrequenz von 5 kHz vor.

Anwendungsgebiete

Allgemeine Daten zur Großanlage

PSP-GA-Steckbrief-iPSP_PIV
Zug im Seitenwindkanal Göttingen
  • Standort DLR Göttingen
  • Eröffnung 2006
  • Verfahren: drucksensitive Farbe: PSP („Pressure-Sensitive Paint“), optisches Verfahren zur berührungslosen Messung von Druck unter Ausnutzung der Lumineszenz-Löschung durch Sauerstoff.

Technische Daten

  • Kalibrierkammer für Druck (1-300 kPa)
  • Kalibrierkammer zur Bestimmung der Übertragungsfunktion (0,1 - 1000 Hz)
  • Spektrometer zur Analyse von Oberflächen und optischen Filtern (300 - 800 nm)
  • CCD Kameras und CMOS Kameras
  • Hochgeschwindigkeitskameras (50 Hz – 120 kHz)
  • Hochleistungslichtquellen (Laser, Entladungslampen, LED-Systeme)
  • Labore zur Sensorapplikation und -analyse
  • mobiles Messsystem

Projekt-Highlights

  • VICTORIA - (Virtual Aircraft Technology Integration Platform, DLR)
    Ziel: Weiterentwicklung der PSP-Messmethode zur Bestimmung relativer Wandschubspannungen
  • FOR 2895
  • Cryo-PSP: Optische Druckmessung mittels drucksensitiver Farbe unter kryogenen Strömungsbedingungen (LuFo IV-4)

Publikationen