Г.В. Липман, А. Рошко - Элементы газовой динамики (1161618), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Соответствующая схема демонстрируется на фиг. 78,б. Поворот пластины Р, относительно оси, перпендикулярной плоскости расположения лучей, не влияет на проходящий через нее луч г„однако сдвигает кажущийся источник луча г в точку 8;. С другой стороны, поворот пластины Р, не влияет на луч гги но отклоняет луч г, таким образом, что его воображаемый источник попадает в точку 8;.
Оба лула уже не будут перекрывать друг друга за пластиной Р„. от них требуется лишь, чтобы они пересекались в плоскости экрана, где должны создаваться полосы. Другими словами, оба луча должны фокусироваться на этой плоскости. С другой стороны, оптическое устройство должно быть таким, ') См. книгу [Д. 1], а также работу Апгкенава н Брайсона [А вь)гспа в Н. 1., Й гусов А. Б..
/. леголаиг. 8с!., 16 (1961), 82]. 204 "Гз. б, Мееиеды измерений чтобы рабочая часть также фокусировалась на экране. Для достижения обеих целей должно создаваться впечатление, что лучи г, и гз идут из одной и той же точки! в рабочей части; иначе говоря, должно казаться, что они пересекаются в этой точке. Это может быть осуществлено путем соответствующего поворота пластин, расщепляющих лучи; практически можно получить пересечение под любым углом, с величиной которого связано и расстояние Ь между воображаемыми источниками.
В соответствии с теорией интерференции шаг распределения полос на экране будет определяться формулой Ь = сопз1 — ° Л 'й (б.19) константа в которой зависит от конструктивных особенностей оптической системы; эта константа имеет величину порядка длины пути от воображаемого источника до экрана. 6.16. Техника измерений с помощью ннтерферометра При повороте пластин Р, и Р, относительно вертикальных осей (фиг. 78) создаются вертйкальные полосы, тогда как полосы, возникающие при повороте относительно горизонтальных осей, оказываются соответственно горизонтальными. Последний вариант иллюстрируется фиг.
79,а, где видны полосы в невозмущенном потоке впереди клина. Эти полосы возникали при монохроматическом освещении, получавшемся с помощью фильтра. В области возмущенного течения полосы оказываются смещенными; для того чтобы проследить, как они сдвигаются в ударной волне, делается снимок при освещении белым светом, без фильтра. Тогда центральная полоса отчетливо выделяется и можно без 1труда 'проследить за ее смещением в ударной волне. Зная это смещение, легко определить также и смещение других полос по отношению к полосам в области перед ударной волной и полностью рассчитать распределение плотности в потоке.
Не всегда обязательно делать такой добавочный снимок при освещении белым светом; контрольное значение плотности можно получить и каким-либо другим путем, например по измерениям давления. Путем наложения фотоснимков, сделанных при наличии потока н в его отсутствие, получается картина, показанная на фиг. 79,б. Видные там слабые линии представляют собой линии постоянного смещения полос, а следовательно, и постоянной плотности. Другой метод получения линий постоянной плотности связан с тем, что в начальной стадии исследований, в условиях отсутствия потока, используется „полоса бесконечной ширины".
Она получается путем такого поворота пластин, что шаг распределения полос 1см. формулу (б.19)) увеличивается, пока одна полоса не запол- Ф и г. 79. Примеры иитерферограмм. а — интерферограмма с полосами конечной ширинм; б — нсмбинираваннал ннтерФерограмма; е — интерферограмма с полосой бесконечной ширины; г — интерферограмма,снеланнанпри освещении белым светом.иитерферограммы а, б и е ванты ив 3., еноты Ашкенава и Брайсона [Ав Ь Ьел а в Н. 1., Вгув оп А. Е., А Аегопеи(. и., 18 (1951), 92)( интерферогрвмма е — ив работй Рвиффитса и Бликни (Иг(1- 111ь ж. С., В1еа)гпау 99., Ашм.,).
Раув., йй (1954), 597). 206 Ге. б. Методы измерений )ч дь Я = — юа— ~е 1ее Она пропорциональна коэффициенту, характеризующему лреломление света в жидкости, и ширине рабочей части и обратно пропорциональна длине волны и плотности жидкости при стандартных условиях. Приведем типичный пример. Если поток движется в аэродинамической трубе при величине 1. = 4 дюйма и при параметрах торможения, соответствующих атмосферным условиям, то максимальная чувствительность по отношению к числу Маха имеет порядок И/е)М = 20; это значит, что сдвиг одной полосы соответствует 4М = 0,05. С увеличением плотности чувствительность понижается в такой же степени. При оценке точности метода следует принять во внимание следующие факторы.
1) Точность определения числа сдвинутых полос составляет примерно 0,1 полосы. 2) Неоднородность потока (б.20) 0 См. указанную выше (стр. З)3) работу Ашкснввв н Брвйсонз. нит все поле. Полосы, которые появляются при наличии потока, представляют собой линии постоянной плотности (фиг. 79,б). Этот метод дает обычно менее высокую точность, чем метод определения сдвига полос. На фиг. 79,г показана сделанная при освещении белым светом интерферограмма ударной волны, распространяющейся по ударной трубе, заполненной углекислым газом. Ударная волна движется слева направо; об изменениях плотности можно судить по смещению полос, величину которого легко определить,рассматриваяцентральную йолосу.
Сравнительно большая величина того расстояния, на котором плотность достигает своего окончательного равновесного значения, обусловливается большим временем релаксации вибрационной степени свободы для молекулы СОз (см. п. 14.!2). Проблема установки прибора, связанная с предотвращением возможности вибраций, представляет собой существенный элемент общей задачи конструирования интерферометра. При классическом методе установки на жестком фундаменте крепится массивное поддерживающее устройство. Такое устройство оказывается обычно практически непригодным для исследований в аэродинамических трубах. Устройство совершенно другого типа'), использующее хорошо амортизированную конструкцию на весьма упругой подставке с малой частотой собственных колебаний, обеспечивает наличие вполне удовлетворительных антивибрационных свойств.
Критерием чувствительности рассматриваемого метода можно считать число сдвинутых полос, приходящееся на единицу изменения плотности (или другого параметра, связанного с ней). Как следует из формулы (0.13б), эта величина выражается в простом виде: 6.17. Мегоод погоои1еиии ренягеиооеиих дуче и другие методы 207 и „шумы" как внутри рабочей части, так и вне ее приводят к ошибкам, влияющим на выраженный в йнтегральной форме конечный результат 1см., например формулу (6.18.в)). Вначительной части этих ошибок можно избежать, пропуская контрольный луч через рабочую 'часть. 3) Наличие областей с большими градиентами плотности типа пограничного слоя приводит к ошибкам, связанным с изменением положения воображаемых источников; дело в том, что вследствие преломления путь луча в рабочей части не будет таким же, как при отсутствии потока.
С помощью измерений давления на поверхности можно получить данные, сравнимые по точности с результатами, получаемыми интерферометрическим методом. Однако последний метод обладает неоценимыми преимуществами для исследования нестационарных течений, так как визуализация всего поля такого течения осуществляется столь же просто, как и в случае стационарного потока. 6.17.
Метод поглощения рентгеновских лучей и другие методы В настоящее время при давлениях в рабочей части, превышающих минимальное значение О,1 атм и соответствующих условиям работы большинства аэродинамических труб, шлирен- и теневой методы являются наиболее полезными для визуальных наблюдений, а интерферометрический метод — для измерений. Однако при меньших плотностях результаты применения оптических методов существенно ухудшаются. В таких условиях могут оказаться более предпочтительными методы, использующие другие участки спектра излучения.
До сих пор, однако, не существует ни одного хорошо разработанного метода йодобного рода. Метод поглощения рентгеновских лучей основан на том, что через рабочую часть пропускается поток мягких рентгеновских лучей и соответствующее излучение измеряется с помощью счетчика Гейгера или ионизационной камеры.
Получаемая в результате интенсивность излучения удовлетворяет закону поглощения, 1= 1ое-о', (6.21) причем коэффициент поглощения 1г зависит от многих факторов, в том числе. от плотности, от длины волны и т.д. Следовательно, величину 1!1 можно использовать для измерения плотности.
Время измерения этой величины в ресивере при малых значениях плотности составляет от нескольких секунд до нескольких минут. Преимущество метода поглощения рентгеновских лучей состоит в том, что вследствие малой длины волн ошибки, связанные с преломлением и дифракцией, окааываются пренебрежимо малыми. Предлагались также и другие методы, основанные на свойствах избирательности поглощения световых волн определенной длины. Гл. В. Методы иввыренпб Например, кислород имеет полосу интенсивного поглощения в окрестности значения 1 = 1450 А. В тех трубах, где роль рабочей среды играет водяной пар, мог бы быть использован метод поглощения инфракрасных лучей, так как водяной пар имеет полосы интенсивного поглощения в инфракрасной области.
Методы поглощения были успешно применены к изучению химических реакций в ударных трубах'). Испускание света, которое может происходить при малых значениях плотноппи в газах, подвергаемых электрическому возбуждению, использовалось для визуализации течений сильно разреженного газа. Для измерения высоких температур, получаемых в ударной трубе, применялся спектроскопический анализ излучения'). 6.18.
Непосредственное измерение силы поверхностного трения Первостепенную роль при решении аэродинамических задач играет сила, обусловленная поверхностным трением. При инженерных расчетах общую оценку величины этой силы получают с помощью измерений полной силы сопротивления. Эта оценка связана с подсчетом сопротивления давления, величину которого следует вычитать из величины полного сопротивления, причем такой подсчет сам по себе может оказаться весьма сложным. Больший интерес для исследователя и для специалиста по теоретической аэродинамике представляет местная сила трения или касательное напряжение т . При малых скоростях движения эта сила определяется обычно по данным о профиле скорости вблизи поверхности с помощью применения ньютоновского закона трения тм (е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
