Введение к работе
Актуальность темы. Развитие авиационной и космической техники д>являет все более высокие требования к количеству и качеству ормации, получаемой при изучении трехмерного обтекания летательных іратов в широком диапазоне параметров. Это ведет к необходимости, :ду с дальнейшим развитием и совершенствованием традиционных ериментальных методик, внедрения и развития новых или мало ространенных, но более производительных, как количественных, так и ственных методов исследований. Большой интерес в этом плане ілекают оптические методы. К их наиболее существенным достоинствам ует отнести бесконтактность и возможность получения за малые гежутки времени информации сразу в большом поле исследуемого объекта называемые панорамные методы). Использование панорамных методов получения количественных данных связано с необходимостью обработки .тих объемов информации, что в некоторой степени сдерживало их ільзованис в эксперименте. С развитием вычислительной техники и визионных фотоприемников, эта проблема несколько потеряла свою оту, однако, по-прежнему является актуальным проведение работ как по итиго непосредственно оптических методов диагностики, так и разработке ем сбора и обработки больших массивов данных получаемых с их >щьк>.
Je.ib диссертации состоит в развитии панорамных оптических методов ностики газовых потоков, таких как метод "лазерного ножа", панорамный 1С, оптический метод измерения поверхностного трения, и в разработке емы сбора и первичной обработки оптической информации. Научная новизна.
І. Впервые внедрен метод "лазерного ножа" для визуализации сложных :транственных течений на сверхзвуковой аэродинамической трубе с :рой давления работающей на чистом осушенном воздухе с расходом уха до 100 кг/с. Для получения светорассеивающих частиц используется , вводимая в тракт трубы в количестве до 1.1 г на кг воздуха. Проведены эвые испытания, убедительно показавшие незначительное влияние .имого количества воды на неоднородность параметров потока. I. Предложен и апробирован новый метод панорамных измерении полей юсти. Даны основные принципы построения использующихся для этого іческих интерферомегров, позволяющих получать интерферограммы фузпо рассеивающих объектов в прямолинейных эквидистантных полосах, і Предложена модификация оптического метода измерения 'рхностного трения, основанного на регистрации в отраженном лазерном е изображений растекающейся под действием потока масляной пленки, сенной на исследуемой поверхности. По сдвигу интерференционных )с равной толщины можно судить о скорости растекания и о величине
поверхностного трения. Получены соотношения позволяющие расширить метод для случая градиентных течений и криволинейных линий тока.
Достоверность результатов подтверждена сравнением с данными полученными другими методами, с численным расчетом и с данными из литературных источников.
Научная и практическая ценность.
Развитый метод "лазерного ножа" широко используется в аэрофизическом эксперименте для исследования картины течений при сверхзвуковом обтекании сложных моделей. Получено большое количество данных для различных конфигураций. Результаты могут использоваться при изучении характера обтекания моделей и их фрагментов и учитываться при разработке перспективных сверхзвуковых летательных аппаратов. Опыт и рекомендации полученные при внедрении данного метода на сверхзвуковой аэродинамической трубе с камерой давления Т-313 ИТПМ СО РАН, работающей на чистом осушенном воздухе, могут быть полезными для внедрения этого метода на других установках подобного типа.
Внедрение панорамного метода регистрации полей скорости позволит получать информацию о распределении полей скорости в выбранном сечении за время регистрации одного кадра и важно как с точки зрения уменьшения времени эксперимента, так н с точки зрения увеличения объема полезной информации, получаемой за один эксперимент.
Оптический метод измерения поверхностного трения использовался при исследовании турбулентных пограничных слоев и сложных отрывных течений при дозвуковых и сверхзвуковых режимах обтекания и позволяет регистрировать поверхностное трение в случаях когда использование других методов затруднительно или вообще невозможно.
- Разработанная система ввода и обработки оптических изображений
позволяет автоматизировать измерения с помощью оптических методов, что
очень важно в плане увеличения объема получаемой информации, упрощения
процесса получения конечных результатов, удешевления эксперимента,
позволит в некоторых случаях получать конечные данные непосредственно в
темпе эксперимента. Возможность довольно простой адаптации системы
исключает необходимость в создании для каждого метода отдельного
программного обеспечения, за исключением разработки необходимых
пользователю функций и алгоритмов.
На защиту выносятся:
- Методика получения картин визуализации с помощью метода "лазерного
ножа" в сверхзвуковых аэродинамических трубах, работающих на чистом
осушенном воздухе. Данные по влиянию на параметры потока вводимых
светорассеивающих частиц и рекомендации по их концентрации и способу
ввода в основной поток. Результаты тестовых экспериментов по применению
метода в сравнении с результатами полученными другими способами.
Метод панорамного лазер-допплеровского измерения скорости, являющийся развитием метода "лазерного ножа". Оптические схемы интерферометра и экспериментальной установки, использующиеся для его реализации. Данные по измерению полей скорости в сверхзвуковой двухфазной струе.
Оптический метод измерения поверхностного трения, основанный на регистрации процесса растекания масляной пленки, с помощью полевых интерферометров. Развитие метода на случай градиентных пространственных течений.
Контроллер ввода в ЭВМ телевизионных изображений и программный пакет сбора и первичной обработки оптической информации. Результаты использования пакета для некоторых оптических методов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на: Всесоюзной школе по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 1982); IX Всесоюзной конф. по генераторам низкотемпературной плазмы (Фрунзе, 1983); 4 Всесоюзной школе по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 1986); 5 школе по методам аэрофизических исследований (Абакан, 1989); Всесоюзном семинаре по аэродинамике гиперзвуковых летательных аппаратов (Калининград Моск. обл., 1990); Всесоюзной школе по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 1990); Международной конференции по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 1992); Международной конференции по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 1994).
Публикации. Основные результаты диссертации содержатся в 10 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Текст диссертации объемом 155 страниц включает введение, 3 главы и заключение. К тексту прилагается список использованной литературы из 92 наименований, 2 таблицы, и 66 рисунков.