留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

雷诺数对超声速气膜气动光学效应影响的实验研究

丁浩林,  易仕和,  付佳,  吴宇阳,  张锋,  赵鑫海

downloadPDF
文章导航 > 红外与激光工程  > 2017 >  46(2): 211002-0211002(8)
丁浩林, 易仕和, 付佳, 吴宇阳, 张锋, 赵鑫海. 雷诺数对超声速气膜气动光学效应影响的实验研究[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 211002-0211002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0211002
引用本文: 丁浩林, 易仕和, 付佳, 吴宇阳, 张锋, 赵鑫海. 雷诺数对超声速气膜气动光学效应影响的实验研究[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 211002-0211002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0211002
shu
Ding Haolin, Yi Shihe, Fu Jia, Wu Yuyang, Zhang Feng, Zhao Xinhai. Experimental investigation of influence of Reynolds number on supersonic film aero-optics[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 211002-0211002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0211002
Citation: Ding Haolin, Yi Shihe, Fu Jia, Wu Yuyang, Zhang Feng, Zhao Xinhai. Experimental investigation of influence of Reynolds number on supersonic film aero-optics[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 211002-0211002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0211002
shu

雷诺数对超声速气膜气动光学效应影响的实验研究

doi: 10.3788/IRLA201746.0211002
  • 1.

    国防科学技术大学 航天科学与工程学院,湖南 长沙 410073

基金项目: 

国家重大仪器研制项目（11527802）;国家自然科学基金（11172326，11302256）

详细信息
    作者简介:

    丁浩林(1990-),男,硕士生,主要从事航天气动光学方面的研究。Email:dinghaolin_gfkd@foxmail.com

  • 中图分类号: O436

Experimental investigation of influence of Reynolds number on supersonic film aero-optics

  • 1.

    College of Aerospace Science and Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China

  • 摘要: 受到风洞实验能力的限制，高速飞行器气动光学效应实验很难与其实际飞行情况完全一致。雷诺数作为重要的相似准则数，在经典流体力学风洞实验中应用广泛，研究其对于气动光学效应的影响，对于建立气动光学相似准则具有重要意义。基于定理对可能影响气动光学效应的变量进行分析，证明了雷诺数是影响气动光学效应的一个相似准则数；通过创新性设计变雷诺数实验装置，可以实现喷流单位雷诺数在106~108 m-1范围内变化。通过选取八个典型的雷诺数，并利用BOS-WS（BOS-based Wavefront Sensor）技术测量了对应状态的光程差，通过函数拟合的方法得到了光程差的均方根值与雷诺数之间的幂函数关系式。通过对不同孔径下的测量结果进行对比和归一化处理可以发现，对于二维超声速气膜而言，观察孔径尺寸并不会对获取的规律产生影响。
    Abstract: Due to the limitation of wind tunnel test capability, it was very hard to be completely consistent with the actual flight of high speed aircraft. As an important similarity number, Reynolds number had been used widely in classical fluid mechanics wind tunnel experiments. It had a significant impact on establishing aero-optical similarity standard to study the influence on aero-optics induced by Reynolds number. Based on the theorem, the possible variables that affected aero-optics were analyzed, which verified Reynolds number was a similarity standard value of aero-optics. A creative experimental equipment was designed to realize the unit Reynolds number ranging from 106-108 m-1. Eight typical Reynolds numbers were chosen, BOS-WS (BOS-based Wavefront Sensor) technique was used to measure the corresponding optical path difference. Based on the function curve fitting method, the power function between Reynolds number and the rms of the optical path difference was acquired. The measured results with different sizes were compared. It could be found that, for the two dimensional supersonic film, the acquired law was not affected by the size of the observed aperture.
  • [1] Wang Naixiang, Xu Yulei, Shi Lei, et al. Analysis of the impact of windward and angle of attack to the flow field around the optical window on high Mach condition[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(4):1267-1272. (in Chinese)王乃祥, 徐钰蕾, 史磊, 等. 高马赫数飞行器迎风面与攻角对光学窗口周围流场的影响分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(4):1267-1272.
    [2] Zheng Yonghui, Sun Huayan, Zhao Yanzhong, et al. Fast aero-optical distortion simulation of the detection laser based on Zemax[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(S):80-85. (in Chinese)郑勇辉, 孙华燕, 赵延仲, 等. 基于Zemax的探测激光气动光学畸变快速仿真[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(S):80-85.
    [3] Meng Lixin, Zhao Dingxuan, Zhang Lizhong, et al. Boundary layer effect and compensation in airborne laser communication[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(12):3231-3238. (in Chinese)孟立新, 赵丁选, 张立中, 等. 机载激光通信中气动光学的影响及补偿[J]. 光学精密工程, 2014, 22(12):3231-3238.
    [4] Li Junshan, Fan Jingbo, Yang Yawei, et al. Blur identification algorithm to suppress parasitic repples on infrared images[J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(12):3456-3464. (in Chinese)李俊山, 樊景博, 杨亚威, 等. 抑制寄生波纹的红外图像降晰函数辨识算法[J]. 光学精密工程, 2015, 23(12):3456-3464.
    [5] Lin Xudong, Xue Dong, Liu Xinyue, et al. Current status and research development of the wavefront correctors of adaptive optics[J]. Chinese Optics, 2012, 5(4):337-351.(in Chinese)林旭东, 薛栋, 刘欣悦, 等. 自适应光学波前校正器技术发展现状[J]. 中国光学, 2012, 5(4):337-351.
    [6] Wei Peifeng, Liu Xinyue, Lin Xudong, et al. Temporal simulation of atmospheric turbulence during adaptive optics system testing[J]. Chinese Optics, 2013, 6(3):371-377.(in Chinese)卫沛锋, 刘欣悦, 林旭东, 等. 自适应光学系统测试中大气湍流的时域模拟[J]. 中国光学, 2013, 6(3):371-377.
    [7] Fitzgerald E J, Jumper E J. Scaling aero-optic aberrations due to propagation through compressible shear-layers[J].AIAA Paper, 2002, 40(7):1373-1381.
    [8] Gilbert K G. KC-135 aero-optical boundary-layer/shear-layer experiments[J]. Nasa Sti/Recon Technical Report A, 1982, 80:306-324.
    [9] Craig J E, Rose W C. Laser propagation from airborne platforms-A review of aero-optics scaling[C]//American Institute of Aeronautics and Astronautics, Fluid Dynamics and Plasmadynamics and Lasers Conference, 18th, 1985:108541.
    [10] Kelsall D. Optical measurements of degradation in aircraft boundary layers[C]//Electromagnetic Wave Propagation from Aircraft, 1980:415-457.
    [11] Gordeyev S, Jumper E. Aero-optical effects of supersonic boundary layers[J]. AIAA Paper, 2012, 50(3):682-690.
    [12] Gordeyev S, Smith A E, Cress J A, et al. Experimental studies of aero-optical properties of subsonic turbulent boundary layers[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2014, 740:214-253.
    [13] Ding Haolin, Yi Shihe, Fu Jia, et al. Experimental investigation of aero-optical effect due to supersonic turbulent boundary layer[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(10):1018007. (in Chinese)丁浩林, 易仕和, 付佳, 等. 超声速湍流边界层气动光学效应的实验研究[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(10):1018007.
    [14] Bichal A, Thurow B S. On the application of background oriented schlieren for wavefront sensing[J]. Measurement Science and Technology, 2014, 25(1):015001.
    [15] Ross T S. Limitation and applicability of the marchal approximation[J]. Applied Optics, 2009, 48(10):1812-1818.
  • [1] 朱伟舟, 谢永, 贾建军, 张亮, 高瑞弘, 王雪.  空间引力波探测超前瞄准机构研制与测试 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220423-1-20220423-8. doi: 10.3788/IRLA20220423
    [2] 许亮, 王鹿洋, 万自明, 赵世伟, 周立业, 王涛.  不同高度对0°~15°攻角气动光学成像偏移的影响 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220671-1-20220671-9. doi: 10.3788/IRLA20220671
    [3] 邢占, 陈晓依, 彭志勇, 杨志旺, 张贺龙, 邢忠福, 张宁.  红外气动光学效应研究进展与思考（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20220228-1-20220228-17. doi: 10.3788/IRLA20220228
    [4] 宋俊玲, 姜雅晶, 饶伟, 孙秀辉, 陈建军.  超声速燃烧场高密度光学测量环设计方法研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210063-1-20210063-10. doi: 10.3788/IRLA20210063
    [5] 郭兰杰, 马文坡, 王淳, 林喆, 王浩.  傅里叶光谱仪平动式光程扫描控制系统设计 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0105002-0105002(7). doi: 10.3788/IRLA202049.0105002
    [6] 郭广明.  基于流动控制的超声速混合层气动光学效应校正方法研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 809001-0809001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0809001
    [7] 任晓坜, 王继红, 任戈, 翟嘉, 谭玉凤.  气动光学效应对激光扩束系统的影响 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 1-5. doi: 10.3788/IRLA201948.S106001
    [8] 丁浩林, 易仕和, 吴宇阳, 张锋, 何霖.  基于BOS技术的气动光学流场传输效应成像偏移校正方法研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 418003-0418003(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0418003
    [9] 刘俭, 谷康, 李梦周, 谭久彬.  光学显微三维测量解耦合准则 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 302001-0302001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0302001
    [10] 李明, 祝智伟, 杨彦广, 谢爱民.  双光程纹影在高超声速流场显示中的应用 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 211001-0211001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0211001
    [11] 马昊军, 王国林, 陈德江, 张军, 刘丽萍, 罗杰.  热环境条件下红外窗口气动光学传输效应实验研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 904001-0904001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0904001
    [12] 丁浩林, 易仕和, 付佳, 朱杨柱, 何霖.  超声速湍流边界层气动光学效应的实验研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1018007-1018007(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1018007
    [13] 黄选平, 许东, 包实秋, 谭晓颂.  温度和应力动态变化对球形头罩的光传输影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1818-1822.
    [14] 王乃祥, 徐钰蕾, 史磊, 程志峰, 姚园.  高马赫飞行器迎风面与攻角对光学窗口周围流场的影响分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1267-1272.
    [15] 郑勇辉, 孙华燕, 赵延仲, 张令军.  基于Zemax的探测激光气动光学畸变快速仿真 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 80-85.
    [16] 张洪文, 曹国华, 李延伟, 张继超.  临近空间超声速航空遥感器光学窗口热光学评价 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3958-3962.
    [17] 张士杰, 李俊山, 杨亚威, 陆敬辉, 李孟.  脉动流场光学传输效应仿真 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2576-2581.
    [18] 徐明林, 解鹏.  空间环境模拟系统光学窗口组件设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(S1): 30-35.
    [19] 王亚辉, 王强, 高磊, 肖力平, 徐力.  高超声速飞行器气动热辐射特性 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1399-1403.
    [20] 粘伟, 刘兆军, 林喆, 吴春楠.  傅里叶光谱仪的光程扫描控制系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 2085-2091.
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  499
  • HTML全文浏览量:  95
  • PDF下载量:  118
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-13
  • 修回日期:  2016-07-16
  • 刊出日期:  2017-02-25

雷诺数对超声速气膜气动光学效应影响的实验研究

doi: 10.3788/IRLA201746.0211002
  • 1. 国防科学技术大学 航天科学与工程学院,湖南 长沙 410073
    • 作者简介:

    丁浩林(1990-),男,硕士生,主要从事航天气动光学方面的研究。Email:dinghaolin_gfkd@foxmail.com

  • 收稿日期: 2016-06-13
  • 修回日期: 2016-07-16
  • 刊出日期: 2017-02-25
基金项目:

国家重大仪器研制项目（11527802）;国家自然科学基金（11172326，11302256）

  • 中图分类号: O436

摘要: 受到风洞实验能力的限制，高速飞行器气动光学效应实验很难与其实际飞行情况完全一致。雷诺数作为重要的相似准则数，在经典流体力学风洞实验中应用广泛，研究其对于气动光学效应的影响，对于建立气动光学相似准则具有重要意义。基于定理对可能影响气动光学效应的变量进行分析，证明了雷诺数是影响气动光学效应的一个相似准则数；通过创新性设计变雷诺数实验装置，可以实现喷流单位雷诺数在106~108 m-1范围内变化。通过选取八个典型的雷诺数，并利用BOS-WS（BOS-based Wavefront Sensor）技术测量了对应状态的光程差，通过函数拟合的方法得到了光程差的均方根值与雷诺数之间的幂函数关系式。通过对不同孔径下的测量结果进行对比和归一化处理可以发现，对于二维超声速气膜而言，观察孔径尺寸并不会对获取的规律产生影响。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (15)

目录

    /

    返回文章
    返回

    版权所有 © 2019 《红外与激光工程》编辑部｜ 地址: 天津市空港经济区中环西路58号｜ 邮政编码: 300308

    津ICP备19007885号-1

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发    百度统计