室温風トンネルアプリケーションにおける負と陽圧測定の両方のための高解像度の柔軟なイオントリックスキン

湾曲した表面に積層できる柔軟な皮膚は、風圧測定には望ましい形です。このようなアプリケーションのセンサーは、最大600 kPaの広範囲にわたる超高圧分解能で負と正の両方の風圧を検出する必要がありますが、既存の柔軟なセンサーはそのような要求に不十分です。ここでは、それぞれ負圧と陽圧センシングのための2つのイオントロン圧センサーを含む柔軟な皮膚を報告し、室温の風力トンネルでの圧力測定の皮膚の可能性を示します。センサーのイオントロニック界面の接触状態を制御して、負圧センシングを可能にするプレプレッシャーを導入し、広い圧力領域内で-20 Pa（0.025％）の圧力分解能を示します（-100 kPaから-10 Pa）。陽圧センシングのもう1つのセンサーは、最大400 Hzまでの広い周波数帯域幅に加えて、600 kPaを超える100 Pa（0.025％）の圧力解像度を示します。2種類のセンサーを備えた皮膚は、さまざまなフリーストリーム速度と攻撃の角度で圧力測定のために、翼表面の曲面に取り付けることができます。この研究は、航空アプリケーションでの圧力測定に柔軟なスキンを使用するという有望な技術を提供します。

Flexible skins that can be laminated on curved surfaces are a desired form for wind pressure measurement. Sensors for such applications need to detect both negative and positive wind pressure with ultrahigh pressure resolution over a wide range up to 600 kPa, whereas existing flexible sensors are unsatisfactory to such demands. Here, we report a flexible skin containing two iontronic pressure sensors for negative pressure and positive pressure sensing, respectively, and show the potential of the skin for pressure measurement in room temperature wind tunnels. We control the contact state of iontronic interface of a sensor to introduce a pre-pressure that enables negative pressure sensing, exhibiting a pressure resolution of -20 Pa (0.025%) within a broad pressure regime (from -100 kPa to -10 Pa). The other sensor for positive pressure sensing exhibits a pressure-resolution of 100 Pa (0.025%) over 600 kPa, in addition to a wide frequency bandwidth up to 400 Hz. The skin with the two types of sensors can be attached on curved surfaces of wing surface for pressure measurement at various free stream velocities and angles of attack. This study provides a promising technology of using flexible skins for pressure measurement in aviation applications.