围绕船体模型的测量

       对边界层风洞中船模周围高度湍流三维流场的研究需要长焦距和高空间分辨率。对于传统的反向散射LDA配置,长焦距导致大的测量体积并因此导致差的空间分辨率。然而,使用轴外反向散射配置可以显著减小有效测量体积。

测量结果

 

实验设置:

       使用工作部分为1m×2m,最大速度为15m / s的风洞。在工作区段的上游,可以布置混合网格,台阶和一系列分布式表面粗糙元件以模拟各种风况。

       对于风洞测试,需要准确模拟与高速大气风相关的三个特征:

    ·速度剖面的剪切(即风速随表面高度的变化)

    ·湍流的程度

    ·湍流波动的大小(或尺度)

       如果忽略这些,则模型生成的流动不代表真实环境中的流动。在进行LDA测量之前,使用热线风速计来建立和验证合适的边界层条件。

       在该研究中使用了1:200比例的海军护卫舰模型。该型号长660毫米,宽80毫米。该模型的甲板后面是一个大型机库,其中一个是直升机降落平台。

       所采用的LDA系统是一个三分量FiberFlow系统,使用5w,Ar-ion激光器和两个1,600mm焦距探头通过10m光纤连接到发射器。探头安装在万向支架上,以便优化光束穿越。可以浸入和扫描探针以提供所需的光学配置。万向支架安装在高精度三轴导轨上,范围为600×600×600 mm,步长精确到0.005 mm。三个增强的BSA用于信号处理。 一个探针(2D探针)发射绿色(514.5nm)和蓝色(488nm)光束,另一个(1D探针)发射紫色(476.5nm)光束。离轴收集散射光,即通过2D探针收集紫光,通过1D探针收集蓝光和绿光。

       光束和测量体重叠部分对齐对于获得最佳性能至关重要。如果探针不对齐,传输速率将显着下降。定量对准技术用于确保光束交叉点和收集体积的最佳重叠。该技术采用20mm针孔和光敏电阻的组合,连接到万用表。低仪表读数对应于检测到的光量增加。首先,收集量是对齐的;然后调节各个光束以与收集体积重叠。这种对准技术是高度可靠和可重复的,并且交叉耦合模式中的传输速率高于使用传统对准方法的直接反向散射中可实现的传输速率。交叉耦合模式的其他好处是可以有效地减少来自表面的耀斑,并且来自三个处理器的速度数据必然是一致的。

       针孔计还用于建立速度变换矩阵和校准因子。用于确定变换矩阵的元素的技术基于确定六个波束与已知间隔处的两个平面的交点的坐标,然后应用简单矢量代数。使用针孔测量仪可以保证技术的准确性。每个光束的中心位置可以建立到0.01mm的精度。

0度偏航角下矢量图的速度交叉组件在机翼后面的尾流流场

      在0偏航(船舶轴线直接与风洞轴线成一直线)和30°的偏航角度下记录数据。九个测量平面被配置用于两个偏航角,每个偏航角位于机库下游5mm至245mm的不同“X”位置。每个测量平面包括一个矩形网格,其中300多个点从驾驶舱延伸到机库高度的两倍,并且是船宽度的三倍。

      上面的矢量图显示了机库下游5mm零偏航时的垂直和横向速度分量。它显示了机库顶部(30mm高)周围垂直分量的强烈变化,从向上流动到强烈的下冲-这显然是飞行员在现实条件下的一个重大问题。

 

 

参考文献

Swales, C. et al.: Three Component LDA Study of the Flow Field Surrounding the Helicopter Landing Pad of a Frigate. Proceedings of the Eighth International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, 8th-11th July 1996, Lisbon, Portugal.

Aerospace Engineering at the University of Bristol: http://www.aer.bris.ac.uk/contact/

 

护卫舰直升机着陆垫周围流场的三分量LDA测量

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