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大规模高超音速设施中的飞秒激光电子激发标记测速技术

DOI：10.2514/1.J057759 期刊：AIAA Journal 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 飞秒激光电子激发标记（FLEET）是一种非侵入式光学诊断技术，已证实可直接测量未掺杂空气和氮气流中的速度及其他输运特性。现已开发并部署了一套便携式FLEET系统，该系统采用单台激光器产生氮气示踪粒子，并通过单台相机实时追踪其运动轨迹。在美国空军阿诺德工程发展中心9号超高速风洞中，对该系统在未掺杂氮气流中进行高速测速的性能进行了评估。在马赫数10和14条件下，通过21次风洞运行，以1kHz重复频率分别测量了自由流和湍流边界层中的瞬时速度。FLEET测量的自由流速度与采用标准9号风洞数据处理方法计算的结果高度吻合。FLEET测量的湍流边界层速度剖面也与粒子图像测速（PIV）结果及边界层数值模拟结果良好一致。
作者： Laura E. Dogariu，Arthur Dogariu，Richard B. Miles，Mike S. Smith，Eric C. Marineau
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究飞秒激光电子激发标记（FLEET）技术在大尺度高超音速风洞中直接测量无示踪粒子空气与氮气流场的速度及其他输运特性的应用。

研究成果

便携式FLEET系统的开发与实施，首次将该技术应用于大型高超音速风洞设施中的速度测量。该系统实现了自由流和边界层高超音速流动中的kHz时间分辨FLEET测速，测量速度与模拟结果展现出高度一致性。研究表明，FLEET是高速流动动力学测量的有效技术，在高超音速自由流中单次速度测量的不确定度低于0.5%。

研究不足

该研究承认，在大规模和/或高速设施中实现适当播种存在挑战，这可能因种子材料与燃烧过程及测试对象的相互作用以及颗粒惯性效应而影响预期测量结果。此外，该技术的性能受系统参数和流动条件的影响，需进行优化以实现准确测量。

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