導(dǎo)讀：據(jù)aerospacetestinginternational網(wǎng)站2月2日?qǐng)?bào)道，Arnold Engineering Development Complex和MetroLaser公司的工程師們正在美國(guó)阿諾德空軍基地正在使用一種新型激光測(cè)量系統(tǒng)來(lái)測(cè)試發(fā)動(dòng)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(cè)量中采用的美國(guó)GE公司J85發(fā)動(dòng)機(jī)

2021年11月，MetroLaser公司的一個(gè)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(kāi)發(fā)中心 (AEDC) 維護(hù)的J85發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，研究其三分量平面多普勒測(cè)速儀 (PDV)，一種能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的氣體速度進(jìn)行光學(xué)、非侵入式測(cè)量的系統(tǒng)。

MetroLaser公司、美國(guó)海軍和阿諾德工程開(kāi)發(fā)中心AEDC合作開(kāi)展了其他幾個(gè)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(guó)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(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)于MetroLaser SBIR 計(jì)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(cè)試提供了重要支持?！?/p>

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(dòng)機(jī)上展示這種測(cè)量技術(shù)的絕佳、低成本的機(jī)會(huì)”。

他補(bǔ)充說(shuō)，海軍對(duì)PDV的興趣源于需要了解航空發(fā)動(dòng)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(cè)量以與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流場(chǎng)模型進(jìn)行比較，”霍華德說(shuō)。“目前的測(cè)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(kāi)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(cè)量技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)支架和有翼飛機(jī)上進(jìn)行速度測(cè)量時(shí)更加通用?！?/p>

MetroLaser公司的方法是使用擴(kuò)展的激光束照亮排氣流場(chǎng)的一片區(qū)域，依靠安裝在排氣外的三個(gè)特殊放置的攝像系統(tǒng)來(lái)測(cè)量散射的激光。

“然后使用專門(mén)的碘過(guò)濾器來(lái)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(shuō)?！凹す忸l率的變化是由于激光從排氣中的高速煙塵顆粒散射而來(lái)。”

阿諾德工程開(kāi)發(fā)中心的J85發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試運(yùn)營(yíng)工程師布拉德·貝舍爾（Brad Besheres）提到，2021年11月進(jìn)行的測(cè)試實(shí)際上是該過(guò)程中兩階段努力中的第2個(gè)。

“在2020年秋季，阿諾德工程開(kāi)發(fā)中心曾幫助MetroLaser公司安裝并評(píng)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(dòng)機(jī)整個(gè)功率范圍內(nèi)包括相對(duì)惡劣的振動(dòng)聲學(xué)環(huán)境附近，一個(gè)從慢車到加力操作過(guò)程。”貝舍爾說(shuō)。

貝舍爾進(jìn)一步解釋道：“從該測(cè)試中獲得的信息和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)被用于設(shè)計(jì)最終演示的安裝結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致了一次非常成功的測(cè)試活動(dòng)，為MetroLaser公司提供了充足的數(shù)據(jù)，向他們的贊助商美國(guó)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(guó)家全尺寸空氣動(dòng)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(gè)激光脈沖中分辨出低至每秒2m的速度，并且適用于超過(guò)40m的觀察范圍。

PDV系統(tǒng)也能成為一種測(cè)量大型風(fēng)洞設(shè)施中隨時(shí)間流動(dòng)的三分量速度矢量場(chǎng)的方法。在風(fēng)洞中組裝并安裝了一個(gè)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(dòng)葉之間進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)量。

由于使用局部激光瞄準(zhǔn)和速度場(chǎng)圖像提供的空間辨別力具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，PDV也可以應(yīng)用于測(cè)量固體物體的運(yùn)動(dòng)。示例包括單個(gè)飛行路徑和多個(gè)目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)或翻滾速度、移動(dòng)機(jī)械部件的局部速度以及生物目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。在測(cè)量運(yùn)動(dòng)路徑已知的固體物體的情況下，只需一個(gè)相機(jī)系統(tǒng)即可獲得沿軌跡的完整速度。