оптические методы исследования течений

Рис. 1. Просвечивание пучком световых лучей исследуемой области потока.

опти́ческие ме́тоды иссле́дования тече́ний — методы исследования течений в аэродинамическом эксперименте с помощью оптических приборов и установок. О. м. и. т. обеспечивают визуализацию неоднородных потоков газа (см. Визуализация течений), качественный анализ состояния и структуры потока, бесконтактное и безынерционное измерение одновременно в пределах всего визуализируемого участка течения плотности ρ.

Наибольшее распространение получили прямотеневой, теневой и интерференционный методы исследования. Для изучения газовых потоков прямотеневой метод исследования впервые применил чешский учёный В. Дворжак в 1880, теневой метод исследования — немецкий учёный А. Тёплер в 1867, интерференционный метод исследования независимо друг от друга предложили и использовали немецкие учёные Л. Цендер в 1891 и Л. Мах в 1892. В основе всех методов лежит принцип просвечивания пучком световых лучей 2 (рис. 1) от внешнего источника 1 исследуемой области потока 3. При отсутствии возмущений в области 3 отдельный световой луч 4 пучка проходит по заданному направлению под углом α к оси (на рис. α = 0), достигает экрана (фотоплёнки) 5 в точке А со значением фазы φ световой волны. При наличии локальных изменений показателя преломления n среды в области 3 на пути луча 4 он изменяет своё направление на 4', выходит из области 3 под углом α₁ и достигает экрана в точке A₁, со значением фазы φ₁, что приводит к изменению местной освещённости экрана (значений амплитуды рабочей световой волны). При этом характерными величинами, регистрируемыми прямотеневым, теневым интерференционными методами, являются смещения лучей ΔA = A₁—А, отклонения Δα = α₁—α, изменения фазы волн Δφ = φ₁—φ. Характер перераспределения освещённости экрана во всех случаях обеспечивает надёжный качественный анализ картины течения (рис. 2). Для определения плотности среды применяют интерференционный и теневой методы: по зафиксированным на изображениях изменениям освещённости находят Δφ и Δα; полученные значения используют для определения местных значений показателя преломления n среды; в заданных точках потока рассчитывают плотность ρ по формуле n – 1 = kρ где k — так называемый коэффициент Гладстона—Дейла. Для изоэнтропических течений по газодинамическим уравнениям с использованием найденных значений ρ могут быть рассчитаны давление, температура, скорость и Маха число. О. м. и. т. наиболее эффективно применяют в аэродинамических трубах с транс- и сверхзвуковыми потоками, так как в этих случаях становится заметной сжимаемость и возникают местные изменения плотности и показателя преломления среды. О. м. и. т. можно применять также в аэродинамических трубах с до- и гиперзвуковыми потоками при некоторой доработке методики и приборов. С 1960—1970-х гг. для этой цели используют лазеры и голографию. См. также Спектральные методы исследования.

Литература:
Васильев Л. А., Теневые методы, М., 1968;
Голографическая интерферометрия фазовых объектов, Л., 1979.

В. А. Яковлев.

Рис. 2. Изображения шара, обтекаемого сверхзвуковым потоком.