在高速飞行器研发中，地面风洞测试是不可或缺的一环。随着飞行速度不断提升，大气中的液滴和固体颗粒对飞行器的潜在威胁日益受到关注——从边界层转捩提前到表面侵蚀，多相流效应已成为高超声速飞行研究的重要课题。

为填补这一领域的实验数据空白，马里兰大学团队近期在《Experiments in Fluids》期刊上发表了一项重要成果：他们成功研发并表征了一座新型多相流超声速风洞——MIST（Multi-phase Investigations Supersonic Tunnel）。

MIST风洞结构示意图

这座Ludwig管式风洞可在马赫数3.75至4范围内运行，提供30至40毫秒的稳定测试时间，并能够产生4.1至15.6微米的单分散DEHS液滴，模拟飞行器穿越云层环境时的真实工况。

这座Ludwig管式风洞可在马赫数3.75至4范围内运行，提供30至40毫秒的稳定测试时间，并能够产生4.1至15.6微米的单分散DEHS液滴，模拟飞行器穿越云层环境时的真实工况。

喷管马赫数分布云图

而在这座风洞的流场表征工作中，Kulite压阻式压力传感器扮演了至关重要的角色。

一、严苛环境下的精准“感知者”

超声速风洞的流场表征，核心在于精确测量喷管出口及各流场位置的马赫数和压力分布。MIST团队选用了一套由Kulite XCE-062、XCQ-062和XCS-062压阻式压力传感器组成的皮托耙，对风洞在洁净流条件下的流场进行了系统标定。

XCE-062 专为高温设计

XCQ-062 以高灵敏度见长

XCS-062 专注于低压测量

这套传感器系统安装在可容纳10支探针的皮托耙上（探针间距23毫米），在喷管出口以及测试段多个流向位置（x = 0 mm、76 mm、84.7 mm、213 mm、288 mm）进行了测量。测试覆盖了从0.5巴到5.5巴的充气压力范围，单位雷诺数从约2.5×10⁶ m⁻¹跨越至24×10⁶ m⁻¹

在整个实验过程中，传感器经历了反复的高速气流冲击和压力波动，部分传感器在长期测试中出现了损耗——这恰恰从侧面印证了风洞测试环境的严酷性，也凸显了传感器在极端工况下的可靠性要求。

二、高频动态响应：捕捉毫秒级流场变化

MIST风洞的启动时间平均仅约15毫秒，稳定测试时间也仅有30至40毫秒。要在如此短暂的时间窗口内捕捉流场的建立、稳定和衰减全过程，对压力传感器的动态响应速度提出了极高要求。

Kulite传感器的优势在此得到充分体现。皮托耙压力迹线清晰地记录了从启动到稳定的完整过程：压力快速上升后的平台期对应稳定测试阶段，随后可观察到二次稳定周期以及非启动激波到达导致的压力跌落。这些精细的瞬态特征捕捉，依赖于Kulite传感器卓越的高频动态响应性能。

皮托耙压力时间历程

值得一提的是，传感器信号中出现的非物理尖峰被归因于塞阀撞击外壳产生的振动干扰——说明传感器的灵敏度足以捕捉到流场之外的机械扰动，进一步印证了其高分辨率特性。

三、超小尺寸：最大限度降低流场干扰

在超声速流场测量中，传感器本身的物理尺寸直接影响测量精度——过大的探针会扰动流场，导致测量值偏离真实状态。

Kulite XCE-062、XCQ-062和XCS-062系列传感器的超小型化设计使其成为风洞测试的理想选择。XCE-062系列专为探针、压力耙等测试装置设计，尺寸和形状非常适合集成到用户设计的探针中。XCQ-062探针直径仅1.6毫米，能够在几乎不干扰流场的前提下完成高精度压力采集。

正是这种“小尺寸、高性能”的完美结合，使得研究人员能够在喷管出口有限的空间内布置多达10个测点，绘制出完整的径向马赫数分布图谱。

径向马赫数分布

四、宽温域与高可靠性：风洞测试的长期伙伴

Kulite压力传感器在风洞和飞行测试领域拥有超过50年的成功应用历史。XCE-062系列的工作温度范围覆盖-65°F~+525°F（约-55°C ~ +273°C），能够适应风洞从常温到高温的各类测试条件。

更重要的是，Kulite传感器在静态和动态压力测量方面均表现出色。在MIST的流场表征中，研究人员利用Rayleigh-Pitot公式，通过测量波后滞止压力反推自由流马赫数——这一计算高度依赖于压力数据的准确性和稳定性。

五、从数据看结果：核心流场的精准勾勒

凭借Kulite传感器提供的高质量压力数据，MIST团队成功完成了全面的流场表征：

1、马赫数分布：在充气压力低于1巴时，自由流马赫数为3.75至3.9；在更高压力下，核心流区域马赫数稳定在3.9至4.1。

2、核心流直径 ：喷管出口处核心流直径约160毫米，在测试段观察窗位置约为140毫米。

3、压力脉动分析：通过计算压力信号的功率谱密度，研究人员确认塞阀完全缩回后不会在流场中引入显著扰动——中心线传感器压力脉动均方根值仅为平均压力的0.55%。

压力脉动功率谱密度

这些数据为后续多相流实验提供了可靠的基准，也再次验证了Kulite传感器在高速风洞测试中的卓越性能。

从马里兰大学MIST风洞的成功应用可以看出，Kulite压阻式压力传感器以其高频响、超小尺寸、宽温域和高可靠性，成为高马赫数风洞流场表征的核心工具。

无论是在捕捉毫秒级瞬态压力变化，还是在有限空间内实现多点高精度测量，Kulite传感器都展现出了不可替代的优势。对于从事高速空气动力学研究、风洞测试和飞行器设计的工程师和科研人员而言，Kulite压力传感器不仅是一台测量仪器，更是探索极端流动现象中值得信赖的伙伴。

作为Kulite在中国华南华北地区的重要授权商，邦盟可提供XCQ-093系列在内的全系列Kulite压力传感器，以及从售前咨询、传感器选型、安装方案设计到售后维修、标定及培训的一站式技术支持服务。

除了传感器产品，邦盟还可配套提供Gensors DAM便携式数据采集系统，该系统采用堆叠式模块化设计，内置操作系统，支持多物理量同步测量，能够完整覆盖转捩过程中2000~7000Hz的高频特征信号。从传感器到数据采集，邦盟可提供全链路解决方案。

Gensors DAM 便携式数采