復(fù)雜流場光偏折層析的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文針對光偏折層析在關(guān)鍵技術(shù)上的不完善、缺乏完整的技術(shù)體系這一發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)地研究了光偏折層析的理論和實(shí)現(xiàn)方法，著重對光偏折層析的多方向投影獲取、投影信息提取、以及重建算法三方面技術(shù)進(jìn)行了深入研究。首先進(jìn)行的流場中光偏折特性分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為偏折系統(tǒng)的設(shè)計與新重建算法的研究奠定了理論基礎(chǔ)。在對莫爾條紋的成像機(jī)理和分布特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研制了兩種旋轉(zhuǎn)莫爾偏折系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全場范圍內(nèi)莫爾條紋圖的獲取。偏折信息提取方面，分別對條紋位移法和相

2、位展開法進(jìn)行了原理與實(shí)驗(yàn)研究，并針對莫爾偏折圖的條紋特性，使用小波去噪技術(shù)對經(jīng)典的條紋位移分析法作了改進(jìn)。對于光偏折層析重建算法這一最薄弱的技術(shù)環(huán)節(jié)，提出了兩種解決思路與方法。其一是從光偏折公式中偏導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的離散數(shù)值表達(dá)出發(fā)，建立了直接使用偏折角進(jìn)行迭代修正的重建算法族，對多種場分布和重建條件下的大量模擬實(shí)驗(yàn)及誤差分析驗(yàn)證了這些算法的重建效能。其二，從解決不適定的數(shù)學(xué)物理反問題的角度出發(fā)，建立光偏折層析的Tikhonov正則化重建技術(shù)，研

3、究了偏折投影正則方程組的構(gòu)建、正則參數(shù)與正則化矩陣的確定、正則投影方程組的求解等三部分內(nèi)容。此外，對強(qiáng)偏折場的偏折層析重建技術(shù)作了探索性的研究，發(fā)展了一種結(jié)合光線追跡技術(shù)的正則化修正曲線路徑反演算法。基于上述建立的光偏折層析技術(shù)體系，對大量的實(shí)際流場進(jìn)行了測量或重建，包括小型噴焰溫度場、非對稱雙峰溫度場、三燭火焰溫度場、火箭燃?xì)饬髅芏葓?、高超音速風(fēng)洞中含激波密度場、超音速風(fēng)洞中非對稱密度場等，并使用各種實(shí)驗(yàn)或分析技術(shù)對重建結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證