CC BY
53
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ И А Г И
Том VII 197 6 М 4
УДК 533.6.011.3:621.375.826
ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНО-ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ ПРИСТАВКИ К ТЕНЕВОМУ ПРИБОРУ ИАБ-451 ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛОСКИХ ОКОЛОЗВУКОВЫХ ТЕЧЕНИЙ
В. Д. Боксер, Т. А. Ершова, В. П. Кулеш, А. А. Орлов
Описан принцип действия интерференционной приставки к теневому прибору ИАБ-451. Приведены результаты расшифровки полученных с помощью приставки интерферограмм обтекания модели профиля крыла в трансзвуковой аэродинамической трубе.
Наиболее распространенным прибором для получения интерференционных картин течений газа в аэродинамических исследованиях до последнего времени являлся интерферометр Маха — Цендера. Однако ввиду громоздкости и сложности настройки он не нашел широкого применения. Требованиям компактности в сочетании с большей устойчивостью к вибрациям по сравнению с интерферометром Маха — Цендера удовлетворяет интерферометр сдвига. С его помощью [1] получен ряд новых результатов, касающихся исследования волнового сопротивления профилей [2]. Однако большая сложность расшифровки интерферограмм сдвига затрудняет массовое использование интерферометра сдвига для количественных исследований поля плотности потока.
Развитие лазерной техники позволило существенно модернизировать классические интерферометрические методы. Большая интенсивность и высокая когерентность лазерного излучения дают возможность разрабатывать такие оптические схемы, при реализации которых достигается сочетание компактности интерферометра сдвига с возможностью получения интерферограмм типа Маха — Цендера [3]. Авторами статьи для исследования полей плотности газа при плоском околозвуковом обтекании тел разработана и применена лазерная интерференционно-голографическая приставка к теневому прибору ИАБ-451, которая позволяет получать интерференционные снимки исследуемого течения.
Приставка состоит из осветительной и приемной частей (фиг. 1). Осветительная часть приставки формирует предметный и опорный световые пучки разного сечения, причем узкий опорный пучок проходит сквозь исследуемый поток в его наименее возмущенной области. В приемной части приставки предметный пучок интерферирует с опорным пучком и результат интерференции регистрируется на фотопленке. Осветительная и приемная части приставки прикрепляются соответственно к кареткам приемной и осветительной частей теневого прибора ИАБ-451.
Лазерный источник генерирует импульсный пучок света, имеющий в поперечном сечении гауссово распределение освещенности. Длительность импульса света составляет 30-10~9с, энергия света в импульсе составляет 0,1 Дж, длина волны >. = 0,69 мкм.
Настройка приставки с теневым прибором производится с помощью маломощного газового лазера непрерывного действия. Устройство приставки таково,
9—Ученые записки Кг 4
129
что интерференционная картина течения может визуально наблюдаться в ходе эксперимента.
Эксперимент проводился в околозвуковой аэродинамической трубе с сечением рабочей части 600 x 600 мм в диапазоне чисел Моо = 0,6ч-1 при углах атаки а = 0-5- 4°. Исследуемая модель крыла прямоугольной формы в плане с хордой 6 = 200 мм устанавливалась в плоскости симметрии трубы между ее боковыми стенками (размах 600 мм) па специальных кронштейнах.
Осветительная часть приставки
Импульсный олтичесхии хданто#ый генера/пар
Приемная часть ИЛ Б-
'Приемная часть приставка
Осбетительная часть И А Б-451
Фиг. I
Фиг. 2
На фиг. 2 в качестве иллюстрации приведена интерферограмма закритичес-кого обтекания нижней поверхности профиля крыла при числе = 0,827 и угле атаки а = 0.
При расшифровке полученных интерферограмм учитывалось, что ширина и направление интерференционных полос в плоскости интерференции не были постоянными из-за возмущающего влияния неоднородностей потока на узкий опорный пучок при различных режимах работы трубы. Для учета этого обстоятельства по результатам дренажных испытаний рассчитывались плотность газа в двух точках на поверхности профиля, и по ним определялись настроечные коэффициенты для определения ширины и наклона интерференционных полос. Правильность найденных коэффициентов проверялась путем сравнения, рассчитанных по результатам расшифровки, интерферограммы местных чисел М вдоль поверхности профиля М = М (х), где х — х!Ь, Ь — хорда профиля, со значениями местных чисел М, найденных по результатам дренажных испытаний (фиг. 3).
Расчет поля плотностей газового потока проводился по формуле [4]
РI = Ро + ^ {щ ~ то) — ах — хо) — ау (У1 — Уо)> (1)
где рг — Рі/Роз ; Ро = Ро/Роор/— плотность в искомой точке; , р0— плотность набегающего потока и плотность потока в опорной точке на поверхности модели, определяемые по результатам дренажных испытаний;
_ 2 X
х- зіаРоо ;
X —длина волны источника света; ¿ — поперечный размер рабочей части трубы
— 2 я
(размах модели крыла); А—постоянная Гладстона — Дейла; ах — -~г?-— ;
О I*
ос„ =------^— , ак, ау — настроечные коэффициенты.
М
Ю
СС = 2а Верхняя поверхность / М = в,Вї5
Нижня. п поверхность М^070В
т
05 _
1 0 25 50 х-а:/Ь,в/о
---метод поверхностного дренажа
• метод лазерной интерферометрии
* опорная точна на поверхности
• лазерный интерферометр х интерферометр сдвига ?
//
у 1
2°^
4 х
Фиг. 3
Фиг. 4
В формуле (!) т0, дг0, у0 и ¡щ, XI, у[ — определяемые по интерферограмме номера полос и координаты соответственно для опорной и искомой точек потока.
На основе изложенной методики было определено поле плотностей вблизи профиля. По вычисленному на основании экспериментальных данных полю плотностей и известным газодинамическим соотношениям было рассчитано поле местных чисел М. По известному полю местных чисел М на основе методики, изложенной в работе [2], и теории волнового сопротивления, разработанной С. А, Христиановичем и Я. М. Серебрийским, определялось волновое сопротивление профиля. На фиг. 4 в качестве иллюстрации представлены кривые схв(Мос ) для двух углов атаки а = 0 и 2. Следует отметить удовлетворительное соответствие результатов, полученных с помощью лазерного интерферометра и интерферометра сдвига. Наибольшие различия наблюдаются при существенно закри-тическом обтекании (М ~ 0,9), когда погрешности расчета протяженного волнового фронта максимальны в случае использования интерферометра сдвига.
В результате проведенных исследований показано, что лазерные интерференционные приставки к теневым приборам ИАБ-451 могут быть успешно применены для получения интерферограмм типа Маха — Цендера.
ЛИТЕРАТУРА
1. Невский Л. Б., Яковлев В. А., Боксер В. Д., Д м и т-р и е в а В. Б. Определение плотности в плоском околозвуковом течении с помощью интерферометра сдвига. „Оптико-механическая промышленность“, 1973, ,4» 8.
13І
2. Б о к с е р В. Д., Дмитриева В, Б., Невский Л. Б., Серебрийский Я. М. Определение волнового сопротивления профиля методом интерферометрии при околозвуковом обтекании. „Ученые записки ЦАГИ“, т. 6, № 1, 1975.
3. О р л о в А. А., Боровикова Е. М., Д ухо пел И. И., К у л е ш В. П., Я к о в л е в В. А. Лазерный большепольный интерферометр с узким сравнительным пучком. „Оптико-механическая промышленность“, 1974, № 2.
4. Ха уф В., Грек у ль У. Оптические методы в теплопередаче. М., .Мир”, 1973.
Рукопись поступила 16; V 1975
