In diesem Experiment entwickelte sich das selbst entwickelteHoch geschwindigkeit kameraVonAgile GerätWurde verwendet, um den 1-Mach-Überschallstrahlfluss mit einer Bildrate von 90.000 fps in Kombination mit der Schlieren-Methode erfolgreich zu beobachten. Der gesamte Prozess-von der ausgeprägten Mach-Ringstruktur am Düsen auslass, der turbulenten Vermischung in der zentralen Scher schicht bis zur Schwingung des Luftstroms am Heck-wurde eindeutig auf gezeichnet. Bereitstellung einer visuellen Grundlage für das Design von Flug motoren.
Der Überschall strahl fluss ist die kritische Stromquelle für Antriebs systeme wie Luftfahrt triebwerke. Das Verständnis der Dichte gradienten strukturen innerhalb dieser Strömung-wie ringförmige Stoßwellen, Mach-Ringe und Strahl oszillation-ist wichtig, um das Düsen design zu optimieren und die Antriebs effizienz zu verbessern.
Da der Überschall luftstrom jedoch vorübergehend und extrem schnell ist, können Standard-Bildgebung geräte nicht die erforderlichen Details erfassen. Dieser Artikel beschreibt, wie Forscher einen Profi nutztenHoch geschwindigkeit kameraVonAgile GerätKombiniert mit der Schlieren-Fotografie, um diese unsichtbaren Strömungs phänomene zu visual isieren.
Die Haupt herausforderung in der aero dynamischen Forschung besteht darin, dass Überschall-Luftstroms trukturen sehr vorübergehend sind. Um die Druck verteilung und Instabilität des Strömungs feldes zu charakterisieren, müssen Ingenieure die "Mach-Ringe" beobachten-eine typische Dichte gradienten struktur. Standard kameras fehlen die Bildrate und Empfindlichkeit, die zum Einfrieren dieser Mikros kunden ereignisse erforderlich sind.
Um dies zu lösen, verwendeten die Forscher dieHoch geschwindigkeit kamera, Eine proprietäre Technologie, die von entwickelt wurdeAgile Gerät, In der Lage, Bildraten das Zehntausend-Frame-Level zu erreichen.
Das Experiment zielte darauf ab, den aus einer Mikro düse austretenden Überschall fluss zu erfassen. Die spezifische Konfiguration war wie folgt:
Bildgebung skern:DieHoch geschwindigkeit kameraVonAgile Gerät.
Auflösung & Geschwindigkeit:Die Kamera wurde auf eine Auflösung von 1280 × 1024 bei 15.000 fps eingestellt. Durch das Zuschneiden der Region of Interest (ROI) wurde die tatsächliche Akquisition rahmen rate erreicht90.000 fps.
Optische Technik:Zur Visual isierung der Stoßwellen wurde ein Schlieren-System verwendet, das einen parallelen Lichtweg und eine Messers chneide filterung verwendet.
Fluss quelle:Druckluft ausgestoßen aus einem geraden Rundrohr mit 3mm Durchmesser bei Mach 1 Geschwindigkeit.
Optimierung:Um die Sichtbarkeit von subtilen Luft textur änderungen zu verbessern, die durch Stoßwellen verursacht werden, ist die Helligkeit derHoch geschwindigkeit kameraDas Filmmaterial wurde gesenkt, wodurch Luft störungen deutlicher wurden.
Unter Verwendung der Sequenz bilder, die mit 90.000 fps von derHoch geschwindigkeit kameraDie Forscher ident ifi zierten drei verschiedene Phasen der Jetstream-Evolution.
Phase I: Klare mehrstufige Mach-Ringe (0-12mm)
Im Anfangs abschnitt in der Nähe der Düse (ca. 12mm) zeigt das Filmmaterial einen stark strukturierten Fluss.
Beobachtung:Vier stabile, sauber angeordnete Mach-Ringe sind sichtbar. Sie besitzen scharfe Grenzen, einen hohen achsen symmetrischen Grad und einen deutlichen Kontrast.
Physik:Dieses Muster zeigt einen "Expansions-Kompression"-Zyklus an. Wenn Gas die Düse verlässt, ist der statische Druck höher als der Umgebungs druck, was zu einer sofortigen Ausdehnung und Dichte reduzierung führt. Die Strömung wird dann durch äußeren Druck wieder komprimiert und bildet ringförmige Stoßwellen (Mach-Ringe).
Phase II: Verformung und Verwischung (12-27mm)
Weiter stromabwärts (ca. 12-27mm) beginnt sich die Struktur zu verschlechtern.
Beobachtung:Etwa fünf unscharfe Mach-Ringe sind mit reduzierter Helligkeit sichtbar.
Physik:Dies wird durch die Scher schicht verursacht-die Grenze zwischen Hoch geschwindigkeit strahl strom und Umgebungs luft mit niedriger Geschwindigkeit. Mit zunehmender Entfernung verdickt sich die Scher schicht und dringt in das Strahl zentrum ein. Intensive turbulente Vermischung innerhalb dieser Schicht verdünnt die Druckwellen und verwandelt die klaren Schock flächen in diskreten, unterbrochenen komprimierten Luftstrom.
Phase III: Jet-Oszillation und Dissipation (>27mm)
Über 27mm hinaus verschieben sich die Strömungs eigenschaften von schock dominiert zu turbulenz dominiert.
Beobachtung:Die Mach-Ringstruktur löst sich vollständig auf. Der Jetstream zeigt eine "schwingende" oder laterale Oszillation morphologie.
Physik:Wenn die Strahl geschwindigkeit auf Schall-oder Unterschall werte abfällt, entwickeln sich abwechselnd großräumige Wirbelstrukturen auf der oberen und unteren Seite des Stroms. Diese Wirbel zwingen die Strahl achse zu einer seitlichen Verschiebung, was zu einer beobachteten Schwingung führt.
Diese Studie zeigt, dass die Revealer-Hoch geschwindigkeit kamera von Agile Device in Kombination mit der Schlieren-Optik ein leistungs fähiges Werkzeug für die Hyperschall fluss visual isierung ist. Mit Bildraten von 90.000 fps hat das System erfolgreich den dynamischen Lebenszyklus von Überschall jets erfasst-von der Bildung klarer Mach-Ringe bis zur endgültigen turbulenten Schwingung. Diese High-Fidelity-Visual isie rungen liefern wichtige Daten für die Weiterentwicklung des Triebwerks designs und der Fluss steuerungs technologien in der Luftfahrt.
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