Исследование потоков, характеризующихся малыми градиентами плотности, страница 3

Методика использовалась при исследовании влияния МГД эффекта на положение присоединенного скачка на клине [1]. По расчетам, ожидаемое отклонение скачка должно составлять около 2 градусов. Требовалось экспериментальное подтверждение эффекта. На рис. 5 приведена схема установки, реализованной на базе ударной трубы УТ-4 ИТПМ СО РАН с соплом, обеспечивающим М = 8. Длительность установившегося течения не менее 5 мс. Магнитная система, позволяла создавать поля до 2.5 Тл в области диаметром 160 мм и высотой 150 мм. Ионизации потока осуществлялась с помощью электронной пушки или электрическим разрядом.

Трудности заключались в следующем:

·  быстропротекающий процесс;

·  низкая плотность потока;

·  вибрации при запуске.

Применялся сдвиговый интерферометр, как один из наиболее устойчивый к вибрациям. Регистрация двух кадров необходимых для реализации метода с экспозицией 1 мкс и интервалом между ними 10 ‑ 100 мкс осуществлялась CCD камерой PCO.SensiCam с разрешением 1280x1024 pix. Типичная интерферограмма потока представлена на рис. 4а. Точное определение положения скачка по подобным изображениям представлялось проблематичным. Тем не менее, регистрация интерферограмм до ионизации потока и во время ее, с последующей обработкой основанной на вычитании изображений, позволило достаточно надежно зафиксировать изменения положения скачка между кадрами. На рис. 6, а) приведен результат для случая, когда первый кадр зарегистрирован до, а второй после включения потока. Отчетливо визуализируется положение скачка. Сдвиг операндов на величину, приводящую к исчезновению интерференционных полос (рис. 6, б), позволил определить изменение плотности за скачком. На рис. 6, в) показан результат обработки интерферограмм, полученных с промежутком времени 60 мкс без изменения состояния потока. Как и ожидалось, изменений в структуре потока не происходит.

На рис. 7 приведен результат определения влияния МГД эффекта на поток (B = 1.75 Т). Первый кадр регистрировался до, а второй после включения электронного пучка. Отчетливо проявляется изменение угла скачка уплотнения, которое составило около 3 градусов, что удовлетворительно согласуется с результатами расчетов.

3. Регистрация интерферограмм с формированием опорного пучка от отдельного источника света

Выше были рассмотрены некоторые приемы, позволяющие увеличить чувствительность теневых и интерференционных методов. Однако, использование классических интерферометров типа Маха-Цандера иногда само по себе сталкивается с существенными трудностями. Это связано с особенностью всех двухлучевых интерферометров, а именно с использованием одного источника для формирования предметной и опорной волн. Т.к. необходимо обеспечить прохождение опорной волны к области ее суперпозиции с предметной, то в некоторых случаях габариты и особенности установки делают затруднительным или невозможным применение подобных интерферометров. Появление скоростных чувствительных телекамер позволяет реализовать схемы с формированием опорной волны от отдельного источника, что снимает приведенные ограничения [2, 3].

Излучение света, в том числе и лазерным источником, происходит в виде последовательности волновых цугов, фаза которых принимает случайные значения. Для волн сформированых от одного источника, изменения фаз коррелированны и если разность хода DS не превышает существенно длину когерентности L=ct₁ (t₁  – время когерентности), возможно наблюдение стационарной интерференционной картины. При формировании опорной волны от отдельного источника, фаза интерференционных полос меняется случайным образом при смене цуга любого из источников. Среднее время стационарной картины t=t₁/2. Если время экспозиции T сравнимо с t₁, возможна регистрация интерферограмм. При этом среднеквадратичный контраст

K(T)=F(T)^1/2/T,                                                               (2)