Распространение лазерных пучков в турбулентной струе авиационного двигателя: эксперимент и численная модель

• Автор: Иванова, Инга Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: г. Сосновый Бор
• Количество страниц: 164 с. : ил.

1. Глава 1. Лазерные пучки в турбулентной среде (обзор литературы)
1.1 Влияние турбулентной атмосферы на пространственные характеристики лазерного излучения
1.2 Методика численного моделирования распространения лазерных пучков в турбулентной атмосфере
Выводы
2. Глава 2. Разработка методики эксперимента
2.1 Методика регистрации распределений интенсивности искаженного
лазерного пучка
2.2 Оптическая схема эксперимента, методика ее калибровки, обеспечение
условий минимизации помех на трассе эксперимента
Выводы
3. Глава 3. Результаты натурных экспериментов
3.1 Результаты первого цикла экспериментов и их анализ
3.2 Результаты второго цикла натурных экспериментов
3.3 Результаты и анализ экспериментов по распространению лазерных пучков
вблизи боковой границы турбулентной струи
Выводы

Глава 4. Численная модель распространения лазерных пучков в турбулентной струе авиадвигателя
4.1 Выбор модели турбулентного спектра неоднородностей показателя преломления и параметров численной модели
4.2 Результаты верификации численной модели распространения лазерных пучков поперек турбулентной струи авиадвигателя
4.3 Выбор параметров и верификация численной модели распространения лазерного излучения вдоль турбулентной струи

4.4 Область применения численной модели
Выводы
Заключение
Список литературы

Актуальность работы. Перспективным направлением применения лазерных систем является их использование в авиационной технике для решения задач навигации при взлете и посадке самолетов [1,2], в системах связи [3], наземных и бортовых устройствах для мониторинга уровня турбулентности, обнаружения и измерения параметров локализованных воздушных потоков, представляющих опасность для летательного аппарата [4,5], и т.п. При проектировании таких систем требуется оценивать их точностные и энергетические характеристики, учитывать влияние помех, в том числе и создаваемых турбулентной струей авиадвигателя.
Очевидно, что при разработке указанных выше лазерных систем, важную роль играет информация о параметрах лазерных пучков, искаженных турбулентной струей авиадвигателя.
Необходимые характеристики лазерных пучков могут быть получены непосредственно в натурном эксперименте, однако их постановка сложна по организации и дорогостояща, поэтому важно иметь возможность получать требуемые данные с помощью имитационного моделирования. Аналитические и численные модели распространения лазерного излучения в условиях естественной атмосферной турбулентности, подтвержденные многочисленными экспериментальными исследованиями, хорошо известны. В то же время характеристики лазерных пучков, распространяющихся в условиях высокоскоростной высокотемпературной турбулентной струи авиадвигателя на момент постановки настоящей работы практически не изучены. С учетом расширения круга приложений лазерных систем в авиационной технике можно констатировать, что актуальной является задача постановки комплексной работы по экспериментальному исследованию влияния струи турбореактивного авиадвигателя на лазерные пучки и созданию эффективной численной модели адекватно воспроизводящей параметры лазерных

Делительный клин направляет один пучок в схему регистрации ближнего поля пучка, а второй - в схему регистрации дальнего поля. В схеме регистрации ближнего поля излучения в оптическом тракте пучка установлен объектив Оз, позволяющий с требуемым масштабом передавать на ПЗС-камеру изображение плоскости сечения искаженного лазерного пучка, находящееся на заданной (~ 10 м) дистанции от зоны турбулентного потока. В схеме регистрации дальнего поля на пути пучка установлен объектив О4, в фокальной плоскости которого установлена ПЗС-камера. Перед камерами размещаются ослабители (светофильтры) СФ, позволяющие приводить уровень излучения к значениям в пределах динамического диапазона ПЗС-камер.
Схема эксперимента на длине волны X ~ 10.6 мкм, приведенная на рисунке 2.7, отличается, в основном, заменой линзовых оптических элементов в тракте лазерного пучка на зеркальные и использованием камеры на пировидиконе в качестве приемника.
Пучок лазера проходит через точечную диафрагму Б] и коллимируется сферическим