激光-超聲旋渦測(cè)量系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證及數(shù)據(jù)處理軟件研制.pdf

1、本文工作是總裝備部“十五”氣動(dòng)預(yù)研子項(xiàng)目“激光-超聲旋渦測(cè)量技術(shù)工程化研究”的一部分。研究工作所涉及的“激光-超聲旋渦測(cè)量技術(shù)”是一種新型的流場(chǎng)測(cè)量技術(shù)。該技術(shù)的顯著特點(diǎn)是無需在流場(chǎng)中注入粒子，它是建立在聲-光干涉基礎(chǔ)上的一種測(cè)量方法。超聲波在流體中傳播時(shí)，由于光彈效應(yīng)使流體介質(zhì)折射率發(fā)生周期性變化，形成運(yùn)動(dòng)的超聲光柵，當(dāng)激光束通過該光柵時(shí)發(fā)生衍射，使激光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而用激光束偏轉(zhuǎn)來記錄超聲信號(hào)在流場(chǎng)中的傳遞時(shí)間變化，用超聲波信號(hào)在兩

2、束或更多束激光之間傳遞的時(shí)間差記錄該處流場(chǎng)參數(shù)(速度)的變化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)速度、旋渦環(huán)量的測(cè)量。因此，可以對(duì)旋渦場(chǎng)中的任何一點(diǎn)(包括渦核處)的流動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確的定量測(cè)量，為研究旋渦流動(dòng)的穩(wěn)定性與破裂特性提供了有力的測(cè)量手段。主要研究工作包括三方面研究?jī)?nèi)容：　?、侔颜n題組研制的“激光-超聲旋渦測(cè)量系統(tǒng)”的工程化子系統(tǒng)“激光光學(xué)系統(tǒng)、超聲發(fā)射系統(tǒng)、光-電信號(hào)接收轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”組建為完整的測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和校核；　　②開

3、發(fā)研制測(cè)量數(shù)據(jù)處理和流場(chǎng)重建軟件，為工程化“激光-超聲旋渦測(cè)量系統(tǒng)”提供配套軟件；　?、蹖?duì)“激光-超聲旋渦測(cè)量系統(tǒng)”進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的可行性與技術(shù)指標(biāo)。研究工作獲得以下結(jié)論： 1)課題組所研制的“激光-超聲旋渦測(cè)量系統(tǒng)”是成功的，達(dá)到了工程化設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，整體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)外同類測(cè)量系統(tǒng)水平。該測(cè)量系統(tǒng)適用于旋渦流場(chǎng)的測(cè)量，可作為迎角旋渦穩(wěn)定性和破裂特性的有效測(cè)量手段，在1.5m和3m量級(jí)生產(chǎn)性低速風(fēng)洞推廣使用。

4、 2)基于Hamel-Oseen旋渦模型，附以半圓弧段外部勢(shì)流渦組成旋渦模型，根據(jù)激光-超聲旋渦測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的流場(chǎng)數(shù)據(jù)，確定旋渦剪切層位置、旋渦環(huán)量及其分布。采用Maple軟件，利用四階精度的牛頓-柯特斯公式進(jìn)行數(shù)值求解，開發(fā)研制具有對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和流場(chǎng)重建功能的測(cè)量數(shù)據(jù)后處理軟件，完成流場(chǎng)重建工作。 試驗(yàn)驗(yàn)證表明，本文研制開發(fā)的數(shù)據(jù)處理和流場(chǎng)重建軟件對(duì)試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法是正確的，軟件功能齊全、運(yùn)行可靠，可滿足對(duì)

5、試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和流場(chǎng)重建的需要，可作為工程化“激光-超聲旋渦測(cè)量系統(tǒng)”的一部分推廣使用。 3)本文研究的激光-超聲旋渦測(cè)量技術(shù)的一個(gè)最顯著的特點(diǎn)是無需在流場(chǎng)中注入粒子，根據(jù)聲光干涉原理，利用連續(xù)超聲信號(hào)記錄流場(chǎng)參數(shù)(速度、環(huán)量)變化，因此可以對(duì)旋渦場(chǎng)中任何一點(diǎn)處的流動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確的瞬時(shí)定量測(cè)量，能真實(shí)反映渦核處的流動(dòng)情況，準(zhǔn)確描述渦核結(jié)構(gòu)，不存在粒子測(cè)速技術(shù)伴隨的信號(hào)脫落問題，在旋渦流動(dòng)穩(wěn)定性和破裂特性研究方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，