精确的复杂曲面表面压力场测量是高速列车和航空飞行器气动优化的核心基础，直接决定运行效率、能耗、舒适性和安全性。然而，现有压力敏感漆、压力孔和微型压力传感器等方法，难以同时实现精确测量、大面积覆盖、复杂曲面贴合、低气动扰动和非侵入式安装等关键要求。因此，发展低扰动、可适形、高保真的表面压力测量技术，对高速列车、航空器及变体飞行器的气动测试与优化具有重要意义。近来，中国科学院力学研究所团队成功提出了一种低气动扰动的可拉伸压力传感器阵列，成功攻克了上述技术难题。该研究成果以“Aerodynamic-invisibility stretchable pressure sensor array for high-speed ground and air vehicles”为题近期发表于国际学术期刊Advanced Materials Technologies。

作为示范，研制了集成4×4个微型压力传感器的阵列，并通过多层蛇形可拉伸互连结构实现信号连接（图1），可承受约30%的拉伸变形，从而紧密贴合复杂曲面。与传统易发生面外屈曲的可拉伸互连不同，本文采用非屈曲互连设计，使阵列总厚度低于约1.6mm，能够在保持贴合性的同时减少对边界层流动的扰动（图2）。研究团队进一步将该阵列应用于中国标准动车组EMU-3缩比模型的移动模型实验中，实现了空间分辨的表面压力场测量，结果与数值模拟吻合（图3）。该低气动扰动的可拉伸压力传感器阵列不仅适用于高速列车的气动测试，还可广泛应用于飞机、无人机、高速汽车等各类高速交通工具的表面压力场测量，为气动外形的迭代优化提供了一种全新的、高效的技术手段。未来，研究团队将进一步优化器件的封装工艺，提升表面平滑度，降低局部流动干扰，并探索更大规模阵列和更高集成度的设计，以适应更复杂的实际工程应用需求。

论文第一作者为力学所研究生尹世珍，郑冠男高工、郭迪龙正高工和杨国伟研究员参与了该项工作，郭亮工程师等为共同通讯作者。

原文链接：http://doi.org/10.1002/admt.71073

图1. 可拉伸气压阵列展示。a）可拉伸气压阵列实物。b）可拉伸气压阵列贴于高铁模型车头。c-g）多层电路结构以及电路细节。h-j）阵列复杂变形展示。

图2. 可拉伸气压阵列力学性能。a）延展实验。b) 导线有限元模型。c）各层铜导线的应变在不同拉伸下的表现。d） 导线面外位移的有限元模拟结果。e) 有限元结果和实验结果的对比。

图3. a）高铁动模型实验平台。b）实验中阵列贴于高铁尺缩模型车头的位置。c）阵列中气压传感器的编号与排序。d）阵列中气压传感器一致性检验。e）实验过程中各个气压传感器测得的气压变化。f）CFD流场模拟中车头压力场。g~h) 车头压力场模拟和实验结果对比。