超声速混合层气动光学畸变与抖动 ——BOS测量技术及其应用

超声速混合层的气动光学畸变与抖动严重恶化其光学性能, 但现有测量技术限制了相关研究的时空分辨率. 通过系统集成与开发, 提出了基于背景纹影(background orient schlieren, BOS)矢量场的高分辨率全场气动光学畸变与抖动测量方法, 分析了BOS的系统结构、灵敏度与分辨率等基本问题. 利用BOS研究了超声速混合层流向结构的气动光学畸变与抖动, 定量化不稳定涡运动造成的气动光学效应, 利用时间相关技术确定了气动光学抖动效应的时间尺度. 超声速混合层展向结构的畸变场展示了光线穿越超声速混合层流场所出现的条带型畸变结构, 这种结构是制约其光学性能的主要瓶颈之一. 气动光学畸变与抖动效应的定量化为超声速混合层光学应用提供了重要的实验依据.     

超声速边界层气动光学效应及控制研究

光学成像制导技术是精确制导武器研究的重要课题，气动光学效应的存在对制导精度产生严重的影响，使飞行器偏离目标位置，甚至脱靶。飞行器和来流之间的相互作用导致其周围流场结构非常复杂，激波、膨胀波以及湍流边界层的存在，使得流场的折射率在空间上分布不均匀，在时间上存在高频脉动。其中，边界层转捩过程引起的气动光学畸变是亟待解决的最大难题。边界层转捩过程是边界层由层流向湍流发展的过程，是一个多因素耦合影响的强非线性、复杂的流动现象，并且一直是湍流研究领域的热点问题。超声速边界层的转捩区具有非常强的非定常性、随机性，且脉动频率高，因此折射率分布极为复杂，光线透过后不仅会发生偏折，还会导致成像模糊和能量分散，严重影响成像制导的精度，通过光学校正的方法很难降低这种影响。本文试图通过延迟边界层转捩，来降低甚至消除超声速边界层转捩对光学传输性能的影响。以超声速旋成体飞行器光学窗口周围的边界层流场为研究对象，本文采用添加扰动片的流动控制方法对边界层气动光学效应变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明：随着攻角的增大，光程差分布由沿着对称面对称分布逐渐过渡为沿流向的变化，且逐渐平缓；施加了扰动片控制后，原本处于光...