Расширение возможностей теневых и интерференционных методов исследования газовых потоков

• Автор: Павлов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. Общие положения диссертационной работы
2. Краткий обзор оптических методов исследования
газовых потоков
3. Физические основы теневых и интерференционных методов
4. Некоторые особенности использования теневых и
интерференционных методов в аэрофизическом эксперименте
5. Используемое в работе оборудование
ГЛАВА 1. Использование адаптивных визуализирующих

транспарантов в теневых методах
1.1. Ограничения применения теневых и интерференционных методов для исследования потоков с малыми градиентами плотности
1.2. О возможности использования в теневых методах визуализирующих транспарантов на основе фототропных материалов
1.3. Теоретическое обоснование метода
1.4. Влияние толщины АВТ и фазовой составляющей
коэффициента пропускания
1.5. Основные результаты главы
ГЛАВА 2. Примеры использования АВТ метода
2.1. Использования АВТ для визуализации дозвуковых потоков
2.2. Использование АВТ для визуализации сверхзвуковых потоков
2.3. Использования АВТ для визуализации возмущений от
импульсно периодического оптического разряда в газе
2.4. Использования АВТ для визуализации возмущений от оптического разряда на поверхности плоской мишени

2.5. Использование ABT для визуализации гиперзвуковых потоков
2.9. Оптическая приставкак теневым приборам на базсГадаптивных визуализирующих транспарантов (АВТ)
2.10. Основные результаты главы
ГЛАВА 3. Исследование влияния МГД эффекта на положение присоединенного скачка уплотнения ‘
3.1. Точность определения сдвига интерференционных полос
3.2. Экспериментальная установка для исследования МГД взаимодействия
3.3. Используемые оптические методы диагностики МГД взаимодействия
3.4. Результаты оптической диагностики МГД взаимодействия
3.5. Основные результаты главы
ГЛАВА 4. Регистрация интерферограмм с формированием опорной волны от отдельного источника света
4.1. Особенности реализации методов оптической интерферометрии
на крупных аэрофизических установках
4.2. Обоснование возможности регистрации интерферограмм с формированием опорного пучка от отдельного источника света
4.3. Проверка работоспособности метода и его использование для исследования газовых неоднородностей
4.4. Основные результаты главы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Развитие авиационно-космической техники предъявляет все более высокие требования к качеству и количеству информации, получаемой при изучении обтекания летательных аппаратов, что стимулирует совершенствование методов измерений. В подтверждение этому можно отметить следующее:
• Любые методы диагностики имеют ограничения по чувствительности, точности измерений, динамическому диапазону, по временному и пространственному разрешению. Иногда, даже для отработанных методов, их реализация на конкретных установках сталкивается с трудностями, связанными с особенностями установки и реализуемыми в потоке диапазонами регистрируемых параметров. В этой связи, разработка новых методов и подходов, расширяющих возможности диагностики газовых потоков, является важной задачей.
• Расширение линейки методов позволяет одновременно регистрировать несколько параметров или проводить регистрацию одного параметра альтернативными методиками. Это увеличивает достоверность значений измеряемой величины, и служит подтверждением адекватности используемых методов.
• Важным фактором является стоимость эксперимента. Немалая доля расходов при этом приходится на приобретение и обслуживание измерительного оборудования. Поэтому проведение работ по уменьшению этих затрат за счет удешевления используемых методик и повышения качества и количества получаемой за единицу времени информации является важной задачей.
Перечисленные факторы важны для всех методов. Оптические методы, в том числе и рассматриваемые в данной работе теневые и интерференционные, обладают присущими только им достоинствами. К ним относятся:
• Бесконтактность, т. е. получение информации без внесения искажений в исследуемый поток;
• Возможность получения информации сразу в большом поле исследуемого течения.
ное расстояние объектива. Пусть с1 - характерный размер изображения источ-ника света вфокальной-гоюскоепг объектива,“где расположена визуализирующая диафрагма (визуализирующий транспарант). Согласно приведенному во введении соотношению (6), для схемы, представленной на рис. 3, минимально регистрируемый угол отклонения Лбщт > я'тт / 7£7% где с.1тп - минимально ДОСТИЖИМЫЙ размер изображения источника света. Для стандартного теневого прибора ИАБ-451 фокусное расстояние объектива приемной части Р= 1917.6 мм, диаметр входного зрачка В = 230 мм. Характерный размер дифракционного пятна в фокальной плоскости 1.22-7*7. / В [93] и для длины
волны А, = 0.5 мкм составляет а~ 6 мкм. Этот размер очевидно и является минимально достижимым размером изображения источника света, который реально можно достичь только при использовании лазерных источников, т. е. 4шп ~ 6 мкм. Отсюда, для ИАБ-451 Аат(п > 3 10'6 / К.
Например, для пограничного слоя толщиной 10 мм, шириной Ь = 100 мм (размер вдоль направления распространения зондирующего излучения), изменение плотности по толщине слоя Др~ 10'3-рахм приведет к отклонению зондирующего излучения на угол Да-3-10'6. Т. е. теоретически теневая регистрация таких изменений плотности возможна даже при визуальном наблюдении (для человеческого глаза эффективное градационное разрешение относительно среднего уровня освещенности составляет К~ 1 / 50). Однако, реальная чувствительность теневых приборов на 1-2 порядка ниже, и, например для ИАБ-451, составляет Дат;п~ 0.1" ~ 5*10'6 рад. Как отмечается в работе [53], данный прибор по техническим параметрам не предназначен для регистрации более малых углов отклонения. Это обусловлено рядом причин, в частности:
1. Приведенное выше значение для минимального регистрируемого угла отклонения получено для идеального случая. Реальная оптика прибора не является идеальной.
2. Обычные источники света с характерным размером -10 мкм, как правило, не обладают яркостью необходимой для надежной регистрации теневой картины.