三维流场的计算干涉方法

计算干涉技术通过试验图像和计算图像相比较，可以验证CFD的有效性，是研究复杂流场的有力工具。作者根据M－Z干涉仪的光学成像原理，用计算机仿真实现了将数值计算获得的二维、轴对称和三维的复杂流体的密度场转换为“无限条纹”和“有限条纹”的干涉图像，尤其是在处理三维流场时，采用流场重构的方法，达到了很好的效果。     

三维流场的干涉层析技术及进展状况

本文概要地介绍了三维流场干涉层析技术及其进展状况。对三维流场的多方向干涉投影数据的获取方法做了简要的评述；着重介绍了三维图像建方法。对莫尔偏折法在三维流场中的应用也做了一些探讨。     

激波过弯道绕山坡对三维物体的冲击效应研究

采用全息干涉技术在高速流态试验装置（激波管）上研究了激波过弯道绕山坡到达三维物体的整体过程的流场，还采用传感器压力测量技术对三维物体表面的压力分布进行了定量测量。结果表明，激波对三维物体与山坡的接合部、物体背风面及其拐角位置的影响是最大的；对于研究爆炸冲击波在复杂地形下对建筑物的冲击载荷有重要意义。     

彩色计算干涉技术及应用

在对高速气流进行干涉法测量时，由于激波的作用或者光的散射，斑点现象，干涉图的干涉条纹可能会出现不连续，笔者通过仿真M－Z干涉仪或全息干涉仪学光模型，并且采用对多块不规则网格的计算流体力学结果进行重构的直接体视化图形算法，得到了高分辨率的彩色数值干涉图，克服了干涉条纹的不连续性给出了一个弹道靶中超高声速钝锥流场的例子。     

高超声速轴对称模型密度场的激光全息干涉测量

激光息干涉技术在２００ｍ自由飞弹道靶的初步应用中，对高速和高超声速的轴对称模型周围气流密度场定量测量进行了初步探索。给出了Ｍ＝２．２的弹头和Ｍ＝２．４５、Х＝２００ｍｍ的球标模以及Ｍ＝９．３５的钝锥模型的全息干涉图和处理结果，同时与钝锥模型的理论数值计算结果进行了比较，首次在弹道靶上获得了流场密度的定量结果。     

利用光学层析技术重构超声速绕流流场密度分布

在连续式风洞中,采用单光路旋转流场干涉测量和计算机层析方法获得了含模型的超声速绕流流场密度分布。首先利用多种图像处理方法,并引入计算机辅助功能,对干涉图片进行精确判读和定量处理,准确重构波前相位信息;获得了相应的PV值、RMS值以及前15阶的Zemike多项式系数;通过同原始CFD模型波前数据的对比,系统的重构精度RMS优于λ／10。在获得一系列单帧干涉波前相位数据的基础上,采用光学层析技术,设计计算机迭代算法,构造内部旋转矩阵,重构了超声速绕流流场密度分布,可以非常直观地获得待测流场不同方向截面上的密度分布状况。     

超声速流体密度场的全息干涉测量

介绍一种基于全息干涉计量原理、应用数字图像处理系统, 精确测量风洞超声速叶栅流场中流体密度分布的新方法。整个测量过程中测量仪器对流场没有机械扰动, 还具有测量精度高、数据获取、处理方便, 能同时获得流体全场信息等优点。给出了用该方法所获得的超声速叶栅流场的全场密度分布结果。      

差分干涉图计算方法研究

本文描述作者发展的一种计算差分干涉图的新方法——条纹位移转换法。该方法,首先将差分干涉图的条纹位移函数转换为绝对干涉图的条纹位移函数,然后用计算绝对干涉图的现有方法,计算出密度分布。将此方法同原有方法一起应用于轴对称流场的差分干涉图,计算结果一致,并同气动理论计算数据相符。最后又将该方法推广到三维流场,这就预示出将差分干涉定量测量应用于三维流场的可能性。     

激光全息等值线条纹图的图像处理方法研究

本文对激光全息干涉图的采取以及干涉等值线条纹图的处理进行了研究,并采用进行的细化算法对等值线进行细化,解决了以前算法细化不全和速度慢等问题,使以干涉等值线为基础的光学数据更加安全,可靠。     

耦合POD重构舰面流场的直升机舰面起降数值模拟

为解决舰面非定常流场数据量过大的问题,采用本征正交分解(POD)方法对舰面流场进行重构,发展了一种耦合POD重构流场的直升机舰面起降数值模拟方法。首先采用计算流体力学(CFD)方法计算舰面非定常流场,获得离散数据样本;然后提取流场的POD模态,并截取能够捕捉到原流场主要特征的少量模态对原流场进行重构;最后建立耦合重构舰面流场的直升机高阶飞行动力学模型。以直升机返航进场为例进行数值模拟,并将计算得到的操纵量和飞行状态与飞行试验结果进行对比。结果表明:使用POD方法重构后的舰面流场数据约为原始样本数据的8.5%,且重构流场与原始流场吻合良好,POD方法能够解决舰面非定常流场数据量过大的问题。与飞行试验数据的对比表明,本文方法捕捉到了舰面非定常流场对直升机的影响,可用于直升机舰面起降研究。     

高速旋转盘/片的振动全息测量

介绍了一种高速旋转条件下,盘/片(耦合)振动的新试验技术—用全息干涉术与图象消转技术结合对航空发动机盘/片组合件进行振动特性试验研究。结果表明,运用这种方法记录的动态构件的全息图与振动理论分析和频谱记录的结果相符合,可望为新机设计和航机排故提供有效的测试手段。      

影象云纹仪及其在航空工程测量中的应用

 本文介绍影象云纹仪的光学原理与设计、结构的特点,结合实例说明了在航空工程测量中的应用。 影象云纹仪是一种非相干光光学图像测量仪器,利用光栅与其影象的干涉形成等高云纹,从而测量物体的三维形状和离面位移。文中用付里叶光学推导了影象云纹光场强度分布,得到云纹标高计算公式;创造了一种制作云纹光栅的金属模板直接拷贝法,研制出的光栅节距误差小,对比度高;仪器光栅主方向往复运动提高了图象的信噪比,沿主光轴的微动平移可实现分数级条纹补偿,并可进行凹凸形态的判定。 文中还给出了薄壁结构失稳扩展和屈曲形态的云纹图,以及旋翼叶片的等高云纹图。     

双截面聚焦纹影技术应用研究

通过支板尾流结构显示实验,研究了使用双截面聚焦纹影技术显示复杂流动的可行性。双截面聚焦纹影系统能在一次实验中得到两个不同位置的聚焦纹影图片,并能保证两张图片反映的是同一时刻的流场结构。比较了普通纹影与双截面聚焦纹影系统捕捉三维流场结构的能力,证明聚焦纹影技术显示复杂流场是有潜力的。为使之能够清晰地反映复杂流场的三维特征,还需在缩小聚焦区厚度和提高信号质量方面做工作。     

光测力学现状及应用

 本文综合评述了光测力学的近况和发展,其中包括传统的光弹性法和云纹法,以及近代光测力学的全息干涉法、散斑计量和云纹干涉法。文中简要介绍了上述方法的基本概念和特点,并给出了若干工程应用的实例。     

基于Boltzmann模型方程不同流区复杂三维绕流HPF并行计算

随着现代航空航天快速发展,是否能建立一套可有效模拟稀薄流到连续流各流域绕流问题统一算法,已成为工程应用部门和学术研究领域关心的问题。通过开展基于Boltzmann简化速度分布函数方程数值求解,发展起从稀薄流到连续流统一算法。借助区域分解并行化方法研究建立气体运动论统一算法并行方案,通过对统一算法进行HPF并行化程序设计及算法考验,拟定不同流域三维球体绕流及类"神舟"返回舱外形体绕流算例,进行HPF并行计算,并将计算结果与有关实验数据、DSMC模拟值进行定量比较、分析。研究表明,所发展的统一算法具有很好的并行独立性,基本达到了线性加速的并行效果,算法负载平衡和并行可扩展性较好,可望建立起新型的能可靠模拟不同流域三维绕流问题的HPF并行算法研究方向。     

轴对称火焰温度场的全息干涉计量

本文对轴对称位相物体的全息干涉计量中光线在位相物体中的折射引起的计量误差进行了计算分析,并且介绍了一种修正这种误差的简单方法。根据这一原理对酒精灯火焰和氢气火焰的温度分布进行了全息干涉计量。在干涉条纹的细化搜索中,采用了计算机图像处理方法。      

AUSM+方法在 粘性内流模拟中的应用

本文阐述了三维RANS方程求解程序中使用的AUSM+离散方法以及Spalart-Allmaras湍流模型，然后对两个算例—Sajben收缩扩散通道内跨声速流动和NASA TP-3252文献中给出的透平静叶排内部流动，进行了数值模拟，并把数值结果与实验结果进行了比较，说明三维RANS方程求解程序可以准确模拟复杂的内部流场。     

Experimental and theoretical investigations of vibration characteristics for GTE compressor blade

The tables of vibration modes for a blade obtained by the experimental method of holographic interferometry and systematized according to the number of nodal lines are presented. The graphical dependences of resonant frequencies that allow eliminating the vibration mode miss are presented. The vibration modes for a rectangular plate and a blade are compared. A technique of determining the resonant frequency for a missed harmonics is proposed.     

光纤埋入对复合材料刚度的影响

采用国内常用的复合材料,制作两等同对比试件,用全息干涉计量术,研究光纤埋入对复合材料刚度性能的影响。给出了实验结果及分析,实验结果表明,光纤埋入提高了复合材料的刚度,这一研究对光纤复合材料结构局部或全部取代飞行器复合材料结构,有重要的意义。     

应用于风洞密度场测量的双全息术

当今,脉冲双曝光全息术已普遍应用于高速风洞流场参量的探测。它是在一张全息底片上记录流场处于两个瞬态的全息图。如果在两次曝光之间,参与记录的所有元件不发生相对位移,则再现干涉图将准确地反映其相对参量。但在风洞试验中,由于吹风时振动的强烈干扰,很难避免这些元件不受扰动,致使干涉图上掺进离散背景条纹而失真。