[发明专利]一种高速风洞平面模型粒子图像近壁反光抑制方法

说明书

本发明涉及一种高速风洞平面模型粒子图像近壁反光抑制方法，包括(1)根据试验需求确定流场的主要介质和PIV系统采用的激光波长；(2)根据流场气体介质折射率和选用的光学窗口折射率，确定增透膜层材质及折射率；(3)根据试验需求，确定光学窗口与金属模型的安装形式；(4)根据试验需求和测试效果，选定激光入射的方向。本发明可以削弱在高速风洞流场速度场测量时壁面反射的示踪粒子照明激光强度，提升粒子图像信噪比。

技术领域

本发明涉及一种高速风洞平面模型粒子图像近壁反光抑制方法，可以削弱在高速风洞流场速度场测量时壁面反射的示踪粒子照明激光强度，提升粒子图像信噪比，属于航空航天实验技术领域。

背景技术

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry，PIV)技术是一种无干扰的测量流体中瞬时速度场的测量技术，利用高能量的脉冲激光照射实验区域内的示踪粒子，同时使用相机记录粒子的散射运动图像，通过相应的迭代重构算法反演计算处流场速度分布。

PIV技术目前是高速流动速度场测量的普遍方法，但由于PIV技术需要使用高能量脉冲激光照明粒子场，而试验中常用的模型壁均为固壁，高能激光照射到模型壁面反射形成强烈反光，由于壁面的复杂性，对所反射的激光并不呈现均匀的线性光学反射效果，而是存在较强的散射，被相机感光芯片捕捉到后，会掩盖粒子运动信息，无法精确计算近壁面速度场。

传统方法较多使用哑光漆削弱壁面反射，但收到的削弱效果有限，或者通过在壁面涂抹荧光材料，使得入射激光波长发生斯托克斯位移，再通过滤波片滤除这部分波长的光，但激光脉冲能量增强后，荧光材料很快被激光能量毁伤，失去作用。

因此如何找到一种既能大幅削弱近壁面反射光强度，又能保持长期的效果，是目前研究的热点和难点。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高速风洞平面模型粒子图像近壁反光抑制方法，解决目前近壁反射光强烈，严重影响粒子图像信噪比的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种高速风洞平面模型粒子图像近壁反光抑制方法，包括：

(1)根据试验需求确定流场的主要介质和PIV系统采用的激光波长；

(2)根据流场气体介质折射率和选用的光学窗口折射率，确定增透膜层材质及折射率；

(3)根据试验需求，确定光学窗口与金属模型的安装形式；

(4)根据试验需求和测试效果，选定激光入射的方向。

进一步的，流场的主要介质为空气，PIV系统采用的是Nd:YAG激光器，输出波长为532nm，故采用的激光波长为λ＝532nm。

进一步的，采用光学玻璃作为光学窗口，并在在光学玻璃表面镀增透膜。

进一步的，增透膜的厚度d通过如下方式计算得到：

其中，d为膜层厚度、n为膜层折射率，λ为激光波长。

进一步的，膜层折射率n通过如下方式计算：

n＝(n₀·n₁)^0.5

其中，n₀为空气折射率，n₁为光学玻璃折射率。

进一步的，总体反射率R按下式计算：

进一步的，对空气的实际折射率进行修正，空气实际折射率按下式进行估算：