介绍
大型飞机、水面舰船、水下航行器的摩擦阻力占总阻力40%-80%，降低摩阻是实现大承载、长航程、低能耗设计目标的迫切要求。流体壁面剪应力是形成摩阻的基本要素，也是表征边界层流动状态的重要判据。因此，精确测量剪应力对飞行器/航行器设计和实验能力的提升具有重大意义。
然而，由于流体壁面剪应力量值极小、动态性高，在不破坏流场前提下精确测量剪应力和表征边界状态一直是国际难题。以往的油膜干涉等传统方法只能定性测量，而基于MEMS技术的微传感器具备体积小、响应快等优点，为剪应力定点定量动态测量提供了使能技术。
但传感测试结果的判定对专业技术人员的分析能力依赖性过高，国内外一直外缺乏处理与分析大量剪应力信号的专门测试仪器。因此，突破流动分离、转捩测量与分析等技术难题，开发壁面剪应力测试仪是引领我国先进流动测试技术发展的迫切需求，是实现传感器“测得准”，分析仪“辨得清” 技术跨越的必经之路。
项目在国家重大科学仪器设备开发专项、中航工业产学研专项等项目支持下，历经10余年，突破了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。建立了强耦合温漂补偿模型与算法、剪应力精确标定方法与装置，研制出世界上首台流体壁面剪应力测试仪，研发出配套的2种微传感器和2种校准装置，形成了完整的测试系统，并实现工程应用和产业化发展。主要发明点包括：
1. 流体壁面剪应力测试仪构架
提出了流体壁面剪应力测试仪总体构架，突破高精密恒温、恒流驱动电路设计，微弱信号检测等硬件技术难题，开发了具备交互控制、数据存储与处理、剪应力测量、边界层流动状态分析等功能的配套软件，并形成仪器整体标准化设计制造规范。
2. 流体壁面剪应力校准方法及装置
建立了空气和水介质的小型化流体壁面剪应力校准方法及装置系统，根据泊肃叶二维流动及动量守恒原理，在流量及压力的测量基础上获得标称剪应力值，并利用管道内的声平面波对传感器动态性能进行测试。该方法及系统为流体壁面剪应力传感器的校准提供了理论依据和标定手段，保障了测试仪的准确性。
3. 面向曲面贴敷的柔性剪应力传感器及制造方法
提出了聚酰亚胺基底高电阻温度系数热敏薄膜制造方法，突破了张紧薄膜光刻和非平坦表面精确几何成形难题，研制出全柔性热敏剪应力微传感器阵列，厚度仅为50μm，响应时间1ms，分辨率0.1Pa，适用于曲面保型贴附且环境适应性强，实现了飞行器翼型边界层剪应力的分布式精确实时测量。
4. 面向高温环境测量的剪应力微传感器及制造方法
提出了面向高温复杂恶劣环境测量的微型壁面剪应力传感器工艺方案，突破多晶硅纳米薄膜材料特定掺杂、热老化等工艺，解决了该器件的耐高温难题，获得的传感器具有高灵敏度、高分辨率、快速响应等优点，并使剪应力传感器量程达到1500Pa，满足超高量程剪应力测试需求，为流体壁面剪应力测试仪的研发提供了核心微传感器技术支持。
项目申请专利21项，获授权发明专利12项，软件著作权1项。发表论文30余篇。国家主管部委组织的验收认为：“开发出了国内外首台套流体壁面剪应力测试仪，项目及各任务达到了预定的目标。”
依托上述发明研制的流体壁面剪应力测试仪在航空航天、河流海岸水利等国家重大专项和重点型号工程获得成功应用，实现了C919和ARJ21飞机壁面剪应力及失速状态的风洞测量、大运飞机机翼和榴弹剪应力测量与表面流动状态分析、高超声速飞行器超燃冲压发动机燃烧室瞬态流场剪应力测量、航空发动机进气口和叶片间隙流场状态测量分析、水下潜艇和舰船模型拖曳试验表面剪应力分布式测量、以及河口、海岸泥沙输运特性测试研究等。
项目已产生重要的社会和经济效益，近3年经济效益10032.5万元，并在航空航天工程、航空发动机工程、高速列车、河口海岸及海洋工程、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
