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

1、本文工作是總裝備部“十五”氣動預研子項目“激光-超聲旋渦測量技術工程化研究”的一部分。研究工作所涉及的“激光-超聲旋渦測量技術”是一種新型的流場測量技術。該技術的顯著特點是無需在流場中注入粒子，它是建立在聲-光干涉基礎上的一種測量方法。超聲波在流體中傳播時，由于光彈效應使流體介質折射率發(fā)生周期性變化，形成運動的超聲光柵，當激光束通過該光柵時發(fā)生衍射，使激光束發(fā)生偏轉，從而用激光束偏轉來記錄超聲信號在流場中的傳遞時間變化，用超聲波信號在兩

2、束或更多束激光之間傳遞的時間差記錄該處流場參數(shù)(速度)的變化，以實現(xiàn)對流動速度、旋渦環(huán)量的測量。因此，可以對旋渦場中的任何一點(包括渦核處)的流動進行準確的定量測量，為研究旋渦流動的穩(wěn)定性與破裂特性提供了有力的測量手段。主要研究工作包括三方面研究內容：　?、侔颜n題組研制的“激光-超聲旋渦測量系統(tǒng)”的工程化子系統(tǒng)“激光光學系統(tǒng)、超聲發(fā)射系統(tǒng)、光-電信號接收轉換系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”組建為完整的測量系統(tǒng)，對測量系統(tǒng)進行調試和校核；　?、陂_

3、發(fā)研制測量數(shù)據(jù)處理和流場重建軟件，為工程化“激光-超聲旋渦測量系統(tǒng)”提供配套軟件；　?、蹖Α凹す?超聲旋渦測量系統(tǒng)”進行風洞試驗驗證，驗證測量系統(tǒng)的可行性與技術指標。研究工作獲得以下結論： 1)課題組所研制的“激光-超聲旋渦測量系統(tǒng)”是成功的，達到了工程化設計指標要求，整體技術水平達到國外同類測量系統(tǒng)水平。該測量系統(tǒng)適用于旋渦流場的測量，可作為迎角旋渦穩(wěn)定性和破裂特性的有效測量手段，在1.5m和3m量級生產(chǎn)性低速風洞推廣使用。

4、 2)基于Hamel-Oseen旋渦模型，附以半圓弧段外部勢流渦組成旋渦模型，根據(jù)激光-超聲旋渦測量系統(tǒng)測量的流場數(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-柯特斯公式進行數(shù)值求解，開發(fā)研制具有對試驗數(shù)據(jù)進行處理和流場重建功能的測量數(shù)據(jù)后處理軟件，完成流場重建工作。 試驗驗證表明，本文研制開發(fā)的數(shù)據(jù)處理和流場重建軟件對試驗測量數(shù)據(jù)的處理方法是正確的，軟件功能齊全、運行可靠，可滿足對

5、試驗數(shù)據(jù)進行實時處理和流場重建的需要，可作為工程化“激光-超聲旋渦測量系統(tǒng)”的一部分推廣使用。 3)本文研究的激光-超聲旋渦測量技術的一個最顯著的特點是無需在流場中注入粒子，根據(jù)聲光干涉原理，利用連續(xù)超聲信號記錄流場參數(shù)(速度、環(huán)量)變化，因此可以對旋渦場中任何一點處的流動進行準確的瞬時定量測量，能真實反映渦核處的流動情況，準確描述渦核結構，不存在粒子測速技術伴隨的信號脫落問題，在旋渦流動穩(wěn)定性和破裂特性研究方面具有明顯的優(yōu)勢，