Исследование потоков, характеризующихся малыми градиентами плотности, страница 5

Характерным примером может служить широко известный в настоящее время метод измерения поверхностного трения (GISF), основаный на оптической регистрации изменения толщины тонкой масляной пленки под дейстивем сил трения. Основы метода заложены Таннером и Блоузом в работе [4] в 1976 году. Однако в принципе, он мог быть реализован еще в начале прошлого века, т.к. для этого достаточно простой фоторегистрации и источника излучения с длиной когерентности ~λ/20, обеспечивающей регистрацию в тонкой пленке не менее 20 интерференционных полос и легко достижимой в то время.

Другой пример ‑ оптический метод регистрации тепловых потоков разработанный в ИТПМ [5] (GIHF meter – global interferometer heat flow meter). Метод основан на изменении оптической длины пути в слое прозрачного вещества в зависимости от температуры. Оптическая схема приведена на рис. 14. На плоскопараллельную пластину толщиной L, изготовленную из прозрачного вещества, например из стекла, падает коллимированный пучок когерентного излучения A₀. Часть излучения отражается от передней грани пластины P₁, а часть, пройдя через пластину, отражается от задней грани P₂. Т. о., в отраженном излучении присутствуют две волны A₁ и A₂, интерферирующие между собой. Под действием теплового потока происходит изменение оптической длины пути световой волны внутри пластины. По сдвигу интерференционных полос можно определить тепловой поток Q(x,y) в соответствующей области поверхности. Можно показать что в приближении одномерной задачи и при выполнении некоторых дополнительных условий

, где N – номер интерференционной полосы; k – коэффициент, зависящий от свойств вещества используемого в датчике и длины волны зондирующего излучения. На рис. 15 приведен пример использования метода для регистрации тепловых потоков, реализующихся на дельта-крыле с углом стреловидности c=70, при обтекании гиперзвуковым потоком M_¥=21 в азотной аэродинамической трубе Т-327 ИТПМ СО РАН при температуре торможения T₀ =1700 K. и давлении торможения P₀ =84 МПа.

Очевидно, что в одном докладе невозможно охватить весь спектр оптических методов используемых в аэрофизическом эксперименте. Однако, приведенные простые примеры показывают, что развитие экспериментальной базы требует не только знания и понимания исследуемых процессов и эффектов лежащих в основе того или иного метода, но и своевремменого внедрения современного оборудования и методов сбора и обработки информации.

References

1.  I.A. Golovnov, A.A. Pavlov, Al.A. Pavlov, G.A. Pozdnyakov, S.S. Pravdin, V.M. Fomin, V.P. Fomichev, V.I. Yakovlev. MHD-Effect Upon Location on a Bow Shock Wedge of a Supersonic Flow Around. // Proc. of the Fifteenth International Conference on MHD Energy Conversion and Sixth International Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics. 2005.

2.  A.A. Pavlov, M.P. Golubev, and Al.A. Pavlov.Method of phase heterogeneity interferogram registration with a reference beam forming from a separate light source. // Proc. at XII Int. Conference on the Methods of Aerophysical Research. Novosibirsk, 28 June – 3 July, 2004. Novosibirsk, Russia, Vol. 2, pp. 157 – 161.

3.  A.A. Pavlov, Al.A. Pavlov, M.P. Golubev. Development of interferometry methods / 12th International Symposium on Flow Visualization (ISFV-12), Goettingen, Germany, September 10-14, 2006. Art № 159.

4.  Tanner, L.H. and Blows, L.G., A Study of the Motion of Oil Films on Surfaces in Air Flow, with Application to the Measurement of Skin Friction. // Journal of Physics E: Scientific Instruments, Vol. 9, March 1976, pp. 194-202.

5.  M.P. Golubev, A.A. Pavlov, Al.A. Pavlov, A.N. Shiplyuk. Optical method for heat-flow registration // J. Applied Mechanics and Technical Physics, Vol. 44, № 4, pp. 596-604, 2003.