Г.В. Липман, А. Рошко - Элементы газовой динамики (1161618), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Это упрощение значительно уменьшает стоимость теневого прибора по сравнению со шлирен-системой. Использование теневого метода дает часто и другие преимущества, особенно в таких условиях, когда мелкие подробности поля плотностей или не нужны, или должны быть сглажены. Пример фотографии, сделанной теневым методом, приводится на фиг. 146. Ударная волна всегда видна на таких фотографиях как темная линия, за которой следует светлая; чем это обусловлено, видно на фиг.
75, где показана общая форма профиля плотностей при прохождении ударной волны. В качестве аналогии полезно представить себе, что свет испытывает такое воздействие, как если бы он проходил через линзу, форма которой совпадает с формой профиля плотностей. Можно видеть, что темные и светлые линии соответствуют максимальным и минимальным значениям второй производной 8зд/пуз перед фронтом ударной волны и позади него. Кроме того, имеет место некоторое смещение этих линий по отношению к истинному положению ударной волны, увеличивающееся по мере удаления экрана от рабочей части.
6.14. Иитерферометрический метод При применении описанных в предыдущих пунктах шлиренметода и теневого метода поля освещенности окончательного изображения зависят от первой или второй производной плотности соответственно. Само поле плотностей может быть в принципе получено по данным этих методов путем интегрирования, но на практике это дает недостаточную точность. К счастью, существует оптический метод, позволяющий осуществить непосредственное определение поля плотностей и основанный на принципе интерференции.
Этот принцип иллюстрируется фиг. 76, где показаны два луча, приходящие в точку р экрана двумя различными путями. Если эти лучи когерентны, то между ними возможна интерференция. Чтобы быть когерентными, лучи должны идти от одного и того же источника, в результате чего разность их фаз будет оставаться постоянной. Будут ли они усиливать друг друга на экране или Гл. б.
Методы ианереиий дадут в сумме нуль, зависит от относительного сдвига их фаз, что, в свою очередь, зависит от разности длин проходимого ими пути. Если лучи распространяются в одной и той же среде, то различные пути могут быть получены лишь при помощи некоторого геометрического устройства, которое можно настроить таким образом, чтобы получить на экране ряд полос, как это и показано на фиг.
76. В этом первоначально получаемом ряде полос мы выделим для рассмотрения одну точку р. Если на пути луча 2 поместить теперь другую среду (рабочую часть), не создавая при этом возмущениИ для луча 1, то эффективный, или оптический, путь луча 2 изменится, а вместе с ним изменится и разность фаз (порядок интерференции) Зерен Пластина для ра сщепленая луча Ф и г. 76. Образование интерференционных полос. в точке р.
Если оптический путь изменится на величину ЛЯ, где й — длина световой волны, а М вЂ” целое число, то отношение фаз изменится на величину г1; иначе говоря, там будет наблюдаться сдвиг Д1 полос. Если, например, сделать с экрана снимки при наличии потока и в его отсутствие, то имеется возможность определить сдвиг полос в точке р, по которому можно рассчитать соответствующее изменение оптического пути и связать его с изменением плотности среды, через которую проходит один из лучей.
Нетрудно вывести необходимые соотношения. Если показатель преломления в рабочей части увеличивается от значения и, до значения и„то скорость света в ней УменьшаетсЯ соответственйо от со1и, До со1ие [см. фоР- мулу (6.8)1, а дополнительное время, нужное для йрохождения лучом рабочей части, выражается как А1= — — — = — (и, — и,). Ь 1. се с1 се Соответствующее изменение оптического пути будет равно А7. = со.М = Ци, — и,), (6.18а) 201 бяв.
Иншсрферометр Маха-Цендера а число сдвинутых полос Ф = — — „(пе — пь) = )У вЂ” (~' ~') (6.186) 0е Здесь для выражения зависимости показателя преломления от плотности жидкости в рабочей части была использована форму- ла 6.9). ели плотность в рабочей части переменна, то общее изменение оптического пути вычисляется с помощью интегрирования вдоль луча и правую часть формулы(6.186) следует заменить интегралом Д7= — „„~(Š— Е ) йв, Р (6.18в) о вычисленным вдоль светового луча.
В такой форме интеграл учитывает только изменение плотности в рабочей части, но все воздействия таких изменений, происходящих за пределами рабочей части, также будут оказывать влияние на отклонение луча, создавая в результате неточности, которые можно объеди- нить общим термином „шум". Желательно, таким образом, чтобы оба луча проходили через среды, как можно более идентичные одна другой на всех участках, кроме рабочей части. Во многих установках контрольный луч 7 проводится через ком- пенсационную камеру, плотность в которой может регулироваться для компенсации побочных изменений плотности на пути луча. Еще более простой метод состоит в пропускании контрольного луча через аэродинамическую трубу в той ее части, где плотность известна.
Тогда изменения плотности, определяемые характером расположения полос на экране, будут отнесены к этой контрольной плотности. Кроме того, побочные возмущения потока при этом автоматически компенсируются. В частности, оба пучка света про- ходят через пограничные слои у боковых стенок'), компенсация воздействия которых при других схемах устройства причиняет немалые хлопоты. 6.15. Иитерферометр Маха-Цендера При исследованиях в аэродинамической трубе сейчас почти повсеместно применяется интерферометр Маха — Цендера (фиг.
77)'). Его преимущества состоят в том, что расстояние между двумя ') Если контрольный пучок света проходит не слишком далеко от измерительного пучка, то можно или пренебречь изменением пограничного слоя между двумя участками, или беэ особого труда получить оценку этого изменения. е) Методика применения этого прибора к исследованиям в аэродинамической трубе была разработана Ладенбургом и его сотрудниками, а также Цобелем, Гл, б. йчелебдм наемренпл пучками света может легко регулироваться и прибор можно настраивать на исследование любого интересующего нас участка.
Основными элементами прибора являются четыре оптические пластины, установленные параллельно одна другой в углах прямоугольника. Две из этих пластин, Р, и Р„полностью отражающие лучи, закрепляются в определенном положении, как только будет закончена начальная регулировка. Две другие, Р, и Р„представляющие собой полупосеребренные „пластины для расщепления Ф и г. 77. Интерферометр Маха-Цеиаера. А — ПЛОСКОЕ асрлапс; С, — аарлаПО П ФОРМЕ ПарабсЛОПяа; Ро Р, — ПОЛУПОЕЕрсбрЕПЛМЕ „плаечппм аля рмплеллеппя лучей", Р, и Р, — плосппе зеРкала; С, — сферпчеспое аерпало. лучей", могут поворачиваться как относительно горизонтальной, так и относительно вертикальной оси.
Вогнутое зеркало С, преобразует монохроматический свет от эффективного источника а в пучок параллельных лучей. У пластины Р, этот пучок расщепляется на два пучка, так как лучи частично отражаются, частично пропускаются ею. Эти два пучка оказываются когеренлгными. Отраженный пучок пропускается через тот участок рабочей части, где производятся измерения, тогда как пучок, прошедший через Р„отражается от Р, и пропускается через контрольный участок рабочей части. Вогнутое зеркало С, собирает оба пучка и фокусирует их на экран, где образуются полосы (если желательно использовать оптическую систему интерферометра также и для работы шлирен-методом, то в фокусе зеркала С, может быть установлена кромка ножа).
Прямоугольник, по углам которого устанавливаются пластины, должен быть правильным с точностью до долей длины волны; 6.1Р. Рзпаырферозмгнр Маха — ввендера 203 то же самое относится и к параллельности плоскостей самих пластин, так что при выполнении начальных регулировок требуется большая аккуратность. Технические подробности процесса регулировки можно найти в существующей литературе').
Заслуживающим внимания представляется следующий вопрос: как одновременно фокусировать на экране изображение рабочей части и полосы. На фнг. 78 приводится упрощенная схема интерферометра. Для большей ясности здесь показаны не пучки света, а лишь два когеренгных луча, г, и г,. Если пластины установлены строго параллельно одна другой, то за пластиной Р, оба луча вновь перекрывают друг друга.
В этом случае создается впечатление, что каждый из лучей вышел из одного и того же воображаемого Ь~ г 3 т~ К ф-у Ч4ющиу линзе иии зеиииир Фиг. 78. Получение двух когерентных воображаемых источников света прн повороте пластин Р, н Р,. источника 8'. Если же несколько повернуть пластины для расщепления лучей Р, и Р„то будет казаться, что эти лучи вышли из различных воображаемых источников.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
