導(dǎo)讀：據(jù)aerospacetestinginternational網(wǎng)站2月2日報道，Arnold Engineering Development Complex和MetroLaser公司的工程師們正在美國阿諾德空軍基地正在使用一種新型激光測量系統(tǒng)來測試發(fā)動機(jī)排氣的氣體速度，并幫助找到降低飛機(jī)噪音的方法。
測量中采用的美國GE公司J85發(fā)動機(jī)
2021年11月，MetroLaser公司的一個團(tuán)隊(duì)使用了由田納西州阿諾德空軍基地附近的田納西大學(xué)航天研究所推進(jìn)研究設(shè)施 (PRF) 的阿諾德工程開發(fā)中心 (AEDC) 維護(hù)的J85發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺，研究其三分量平面多普勒測速儀 (PDV)，一種能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)排氣中的氣體速度進(jìn)行光學(xué)、非侵入式測量的系統(tǒng)。
MetroLaser公司、美國海軍和阿諾德工程開發(fā)中心AEDC合作開展了其他幾個項(xiàng)目，這幫助他們決定將田納西大學(xué)航天研究所推進(jìn)研究設(shè)施用于這項(xiàng)特定研究。
美國海軍機(jī)械工程師兼 MetroLaser 公司技術(shù)聯(lián)絡(luò)員大衛(wèi)·梅（David Mayo）表示：“推進(jìn)研究設(shè)施的發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺對于MetroLaser SBIR 計劃的成功至關(guān)重要，PRF的工程師和工作人員為MetroLaser公司的PDV技術(shù)的驗(yàn)證測試提供了重要支持。”
儀器和診斷專家羅伯特-霍華德（Robert Howard）指出，MetroLaser公司和海軍都知道田納西大學(xué)航天研究所推進(jìn)研究設(shè)施將是“在全尺寸渦輪發(fā)動機(jī)上展示這種測量技術(shù)的絕佳、低成本的機(jī)會”。
他補(bǔ)充說，海軍對PDV的興趣源于需要了解航空發(fā)動機(jī)排氣中的速度分布，這是制定減少飛機(jī)噪音戰(zhàn)略的關(guān)鍵。
“需要進(jìn)行測量以與發(fā)動機(jī)排氣流場模型進(jìn)行比較，”霍華德說。“目前的測量方法涉及侵入式探頭，或需要在氣流中散播粒子的光學(xué)方法。而MetroLaser公司開發(fā)的光學(xué)方法則直接依賴于排氣中已經(jīng)存在的煙塵顆粒，因此，這種測量技術(shù)在發(fā)動機(jī)支架和有翼飛機(jī)上進(jìn)行速度測量時更加通用。”
MetroLaser公司的方法是使用擴(kuò)展的激光束照亮排氣流場的一片區(qū)域，依靠安裝在排氣外的三個特殊放置的攝像系統(tǒng)來測量散射的激光。
“然后使用專門的碘過濾器來幫助辨別照射相機(jī)系統(tǒng)的散射激光的多普勒頻移，”霍華德說。“激光頻率的變化是由于激光從排氣中的高速煙塵顆粒散射而來。”
阿諾德工程開發(fā)中心的J85發(fā)動機(jī)測試運(yùn)營工程師布拉德·貝舍爾（Brad Besheres）提到，2021年11月進(jìn)行的測試實(shí)際上是該過程中兩階段努力中的第2個。
“在2020年秋季，阿諾德工程開發(fā)中心曾幫助MetroLaser公司安裝并評估了激光和攝像系統(tǒng)的基本性能，該系統(tǒng)包括PDV系統(tǒng)的組件，并且在發(fā)動機(jī)整個功率范圍內(nèi)包括相對惡劣的振動聲學(xué)環(huán)境附近，一個從慢車到加力操作過程。”貝舍爾說。
貝舍爾進(jìn)一步解釋道：“從該測試中獲得的信息和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)被用于設(shè)計最終演示的安裝結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致了一次非常成功的測試活動，為MetroLaser公司提供了充足的數(shù)據(jù)，向他們的贊助商美國海軍宣布PDV系統(tǒng)的成功演示。”
MetroLaser公司總裁湯姆-詹金斯（Tom Jenkins）表示，PDV技術(shù)之前也曾在位于加利福尼亞州山景城的NASA艾姆斯研究中心的AEDC國家全尺寸空氣動力學(xué)綜合體中使用。在80x 120英尺的風(fēng)洞中。該技術(shù)已被證明能夠從單個激光脈沖中分辨出低至每秒2m的速度，并且適用于超過40m的觀察范圍。
PDV系統(tǒng)也能成為一種測量大型風(fēng)洞設(shè)施中隨時間流動的三分量速度矢量場的方法。在風(fēng)洞中組裝并安裝了一個高質(zhì)量的三攝像頭PDV系統(tǒng)，以允許在全尺寸轉(zhuǎn)子的動葉之間進(jìn)行流場測量。
由于使用局部激光瞄準(zhǔn)和速度場圖像提供的空間辨別力具有獨(dú)特的優(yōu)勢，PDV也可以應(yīng)用于測量固體物體的運(yùn)動。示例包括單個飛行路徑和多個目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)或翻滾速度、移動機(jī)械部件的局部速度以及生物目標(biāo)的運(yùn)動。在測量運(yùn)動路徑已知的固體物體的情況下，只需一個相機(jī)系統(tǒng)即可獲得沿軌跡的完整速度。
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