Искажения оптических пучков, распространяющихся через ударную волну в турбулентной атмосфере

• Автор: Сухарев, Артем Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 ДВУМЕРНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО СВЕРХЗВУКОВОГО ПОТОКА
1.1 Введение
1.2 Построение двумерной оптической модели осесимметричного сверхзвукового потока
1.3 Верификация оптической модели осесимметричного СП в экспериментах на струйном модуле АТ Т-326 ИТПМ СО РАН
1.3.1 Моделирование сверхзвуковой струи, формируемой струйным модулем АТ Т-
1.3.2 Сопоставление результатов моделирования сверхзвуковой струи с экспериментальными данными
1.4 Восстановление радиальной зависимости структурной характеристики показателя преломления воздуха по дисперсии флуктуаций интенсивности просвечивающего струю лазерного пучка
1.5 Выводы по первой главе
Глава 2 ДВУМЕРНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УДАРНОЙ ВОЛНЫ
2.1 Введение
2.2 Моделирование ударной волны, образующейся при сверхзвуковом обтекании конусообразного тела
2.3 Экспериментальные исследования оптической турбулентности в ударной волне, возникающей при обтекании модели крыла, на АТ Т-313 ИТПМ СО РАН
2.4 Восстановление распределений структурной характеристики флуктуаций показателя преломления и средней плотности воздуха в ударной волне из измерений параметров пересекающего поток лазерного пучка
2.5 Выводы по второй главе

Глава 3 АЭРООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ НА ВЫСОТНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ТРАССАХ ПРИ СВЕРХЗВУКОВОМ ОБТЕКАНИИ
КОНУСООБРАЗНОГО ТЕЛА
ЗЛ Введение
3.2 Постановка задачи и геометрия распространения
3.3 Расчет параметров регулярных и случайных фазовых экранов
3.4 Результаты численных экспериментов по распространению лазерного излучения через ударную волну в атмосфере
3.4.1 Распространение после пересечения ударной волны в однородной среде
3.4.2 Распространение через ударную волну в турбулентной атмосфере
3.5 Выводы по третьей главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Состояние проблемы и ее актуальность
Исследования распространения волн в случайно-неоднородных средах ведутся уже многие десятилетия в связи с востребованностью получаемых в этом направлении результатов в практических задачах. Особый интерес представляют исследования распространения оптического излучения в такой случайно-неоднородной среде, как турбулентная атмосфера. Прежде всего, это связано с широким применением лазеров в оптических системах, предназначенных для работы в земной атмосфере [1]. К основным явлениям взаимодействия оптического излучения с атмосферой можно отнести: ослабление, как совокупность рассеяния и поглощения, рефракцию и случайное, вследствие турбулентных флуктуаций показателя преломления, перераспределение энергии распространяющегося излучения.
В земной атмосфере движение воздуха характеризуется хаотическим изменением скорости во времени и пространстве, как по величие, так и по направлению. Турбулентные флуктуации скорости приводят к случайному перемешиванию слоев атмосферного воздуха, имеющих разную температуру, вследствие чего возникают микрофлуктуации температуры [1]. Гипотезы А.Н. Колмогорова о локальной структуре развитой турбулентности [2,3] высказанные им в 1941 г., позволили ему установить вид структурной функции пульсаций скорости в инерционном интервале масштабов турбулентных неоднородностей. А.М. Обухов, основываясь на работах А.Н. Колмогорова, нашел вид структурной функции поля температур в инерционном интервале масштабов неоднородностей турбулентности. Флуктуации поля температур являются основной причиной пространственно-временной изменчивости показателя преломления воздуха [1], что позволяет использовать для описания

По результатам измерений рассчитывались спектральные плотности, а также взаимные корреляционные функции звуковой волны между микрофоном МО и всеми остальными микрофонами.
1.3.1 Моделирование сверхзвуковой струи, формируемой струйным
модулем АТ Т-
Для верификации оптической модели струи было выполнено численное моделирование воздушных течений, возникающих в струйном модуле АТ Т-326 при различных отношениях давлений в форкамере и в камере Эйфеля (Npr = 5,9, 13). Осредненные значения параметров струи, а также параметры Vt, Кие, характеризующие турбулентность, искались посредством численного моделирования истечения в полуоткрытое пространство сверхзвуковой недорасширенной осесимметричной струи с помощью пакета программ Fluent 6.0. Среда - воздух, давление в окружающем пространстве рс= 1 атм, температура Гс=300 К, плотность рс = 1.1765 кг/м3. Диаметр среза сопла <7=30 мм, направление вектора скорости на срезе сопла - вдоль оси симметрии. Решались уравнения Навье-Стокса в осесимметричной постановке, использована модель турбулентности К-е mg [115]. В счетной области была задана регулярная квадратная сетка с размером ячейки 0.5x0.5 мм. Размер выбран из соображения приемлемой детализации и устойчивости решения задачи при относительно быстром времени решения. Это позволяет сопоставить результаты моделирования с экспериментальными данными, полученными при исследовании распространения лазерного излучения через сверхзвуковую струю и акустических измерений. [83, 85, 89, 94, 95, 98, 120].
Распределения средней плотности в струе при различных Npr приведены на рис. 1.5. Главной особенностью подобных течений является формирование повторяющейся структуры с областями пониженной плотности (бочек), ограниченными скачками уплотнения. Расплывание структуры потока