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摘要研究光波在湍流流场中的传输效应对高速飞行器成像导航的应用具有十分重要的意义。本文以此为背景，对高速湍流流场光学传输效应的基本理论以及计算方法进行了分析。对于高速湍流流场，应用Navier-stork方程进行流场计算，然后再此基础上添加Spalart-Allmaras湍流模型。采用计算流体动力学软件Fluent建立二文飞行器模型，设置其各种飞行参数，以此来对真实环境进行详细的模拟。通过对高速湍流流场的CFD求解，得到了飞行器外围流场的各种参数分布；然后利用折射率与密度场的关系函数得到折射率场的分布。再运用变折射率流场的光线追迹法，得到光波在该非均匀变折射率流场中的传输路径，利用波像差理论求出出射光波的光瞳函数。33021
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关键词 湍流流场 光学传输效应 光线追迹 光瞳函数
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Research of optical transmission effect in turbulence field
Abstract
The study of light transmission effect in turbulent flow is of great significance to the application of imaging navigation of high-speed aircraft.In this paper, based on this background, the basic theory and calculation method of optical transmission effect in high-speed turbulence flow are analyzed.For the high-speed turbulent flow field, using the Navier - stork equation to calculate flow field , and then adding Spalart Allmaras turbulence model. in order to simulate the real environment in detail， Computational fluid dynamics software Fluent is adopted to establish the two-dimensional aircraft model, and set its various flight parameters.Through CFD solution for high-speed turbulent flow field, we can get the parameters distribution of the peripheral flow field of craft;Then using the relation function of refractive index and density to get the refractive index field distribution.Using ray tracing method of variable refractive index flow field to get the light waves transmission path in non-uniform variable refractive index flow field , using the theory of aberration to get the pupil function of light waves.
Keywords turbulent flow optical transmission effect ray tracing method pupil function
目 次
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本文研究内容及方法 3
2 湍流基本理论 4
2.1 湍流基本概念 4
2.2 高速流场N-S方程的数值计算 4
2.3 不同的湍流模型 6
3 光波在高速流场中的传输 8
3.1 层流流场中光波的传输 8
3.1.1 光线在层流流场中的传播路径的追迹 8
3.1.2 层流流场对瞳函数的影响 8
3.1.3 层流流场的光学传输特性 9
3.2 湍流流场中光波的传输 11
3.2.1 湍流流场的结构 11
3.2.2 湍流场折射率脉动功率谱 12
3.2.3 湍流流场的光学传输效应 12
3.3 高速流场光学传输特性 15
4 湍流模型的建立与数值模拟 16
4.1 模型建立及网格划分 16
4.2 利用FLUENT求解器求解 17
结论 20
致 谢 21
参考文献22
1 绪论
1.1 研究背景及意义
高速飞行器在大气中运动时，其头部会与前方气流相互作用，造成气流的急剧压缩变化，这种无规则变化的气流我们称之为湍流。由于物体通过湍流场成像时会产生图像的偏移、模糊、抖动，即气动光学效应，这将极大地影响飞行器头部光学导航系统的成像质量，进而引起飞行器导航的精确度严重下降，影响其正常飞行。