Expérience de visualisation d'écoulement d'air par thermographie

Expérience de visualisation en thermographie infrarouge d'un écoulement air autour d'un aileron d'avion

(traduit de l'anglais)

RÉSUMÉ

La thermographie infrarouge a été utilisée pour obtenir des données sur l'état de la couche limite d'une aile à écoulement naturel laminaire en vol supersonique. En plus de la laminaire à turbulence limite de transition, la caméra infrarouge est capable de détecter des ondes de choc et de présenter un temps vue dépendante du champ d'écoulement. Un code de transfert de chaleur en fonction du temps a été développé pour prédire les distributions de température sur le sujet de test et traitement de surface nécessaire. Une caméra infrarouge a été adaptée pour une utilisation dans l'air dans la présente demande. Technologie infrarouge facilement disponible a la capacité de fournir une visualisation détaillée de divers phénomènes d'écoulement dans subsonique à des régimes de vol hypersonique.

INTRODUCTION

L'utilisation de l'infrarouge (IR) à la thermographie visualiser certains phénomènes d'écoulement est pas la technologie new.Infrared a été employé dans des souffleries [1] et dans vol à subsonique à conditions hypersoniques à la fois locale (qui est, lorsque l'appareil photo et la surface sont soumis à un avion) [2,3,4] et installations de caméras à distance [5,6,7]. Cependant, avec des équipements state-of-the-art et des méthodes de pointe, plus de succès et une meilleure résolution des détails des divers phénomènes d'écoulement est devenu possible. La thermographie infrarouge a de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes. Il est de nature globale et non-intrusive. En général, il ne nécessite pas l'application de substances écologiquement défavorables. En outre, il peut être utilisé et lors d'un vol sur une plage de conditions, au lieu d'être limité à des points de test isolés. Le principe de base derrière la thermographie infrarouge est la mesure des émissions de surface dans la bande de rayonnement infrarouge, qui sont directement liés à la température de surface. Surface contrainte de cisaillement et, de ce fait, le transfert de chaleur par convection avec la Freestream varie avec l'état de la couche limite. Cette différence dans les résultats de transfert de chaleur par convection dans un gradient de température sur la surface où la modification des limites de l'état de la couche, par exemple à la transition. Avec des équipements state-of-the-art cette différence de température peut être mesurée avec une précision de près de 0,1 ° C sur une petite surface. Ces caractéristiques font de thermographie infrarouge un outil très puissant pour visualiser certains phénomènes d'écoulement. En plus de transition, tous les phénomènes d'écoulement qui créent des changements de température mesurables peuvent être visualisées. Ceux-ci comprennent des ondes de choc et peut-être couler séparation.

Cet article présente les résultats d'une enquête de vol récent d'un naturel supersonique aérodynamique de l'écoulement laminaire en utilisant la thermographie infrarouge. L'utilisation de noms de marques ou de noms de fabricants dans le présent document ne constitue pas une reconnaissance officielle de ces produits ou de fabricants, expresse ou implicite, par le National Aeronautics and Space Administration.

Méthodologie et approche

Comme pour toute application de visualisation d'imagerie, l'étude de l'écoulement supersonique laminaire naturel surface portante peut être divisée en deux composantes principales: le système de formation d'image et l'objet de test. Dans cette enquête, le système d'imagerie et objet de test ont été montés sur le même avion (local).

Le système d'imagerie infrarouge

Un système de caméra infrarouge numérique a été conçu et monté sur le rail de l'armement de tribord d'un aéronef F-15B. Le système de caméra IR est représenté sur la Fig. 1. L'appareil photo est un Raytheon Radiance HS Caméra infrarouge numérique. Pour cette première phase de l'enquête, les images étaient stockée sous forme de vidéo analogique sur Hi-8 vidéo.

Système Contexte

Pour explorer la possibilité d'utiliser un système d'imagerie infrarouge qui prend en charge les études de visualisation, une première série de tests a été effectuée à l'aide d'un faucon NITE AN / AAS-38 (Lockheed Martin) ciblant pod monté sur un avion de chasse. Le module de ciblage, installé sur le côté gauche de l'avion F / A-18, a fourni une capacité d'imagerie infrarouge stabilisée dans le 8-12 microns bande spectrale. Les premières données acquises avec le système indiqué que la thermographie infrarouge est un outil très prometteur pour la visualisation de flux [6]. La présence de bruit de motif fixe et d'autres effets résiduels de l'image numérisée nécessaire un traitement poussé de poste de minimiser l'impact sur ​​l'exactitude des données expérimentales. Pour la prochaine phase de l'enquête, une version avancée du faucon NITE ciblage nacelle équipée d'un détecteur à réseau de plan focal de 3 à 5 microns a été utilisé. Les résultats expérimentaux obtenus avec ce capteur indiqué amélioration de la sensibilité et la résolution. le principale limitation de cette méthode est la possibilité de placer l'expérience de sorte que l'avion de chasse était suffisamment proche de l'expérience et avait un angle de ligne de visée qui pourrait acquérir suffisamment la région d'intérêt. Pour la phase actuelle de l'enquête, l'éprouvé de 3 à 5 microns matrice à plan focal capteur a été déployé dans une nacelle montée à l'extérieur, situé sur l'appareil expérimental avec une ligne de visée fixe, centrée sur la région d'intérêt.

Description du système

Le système de formation d'image est basée sur une caméra Raytheon Radiance HS. L'appareil photo utilise une Indium Antimoine (InSb) plan focal avec une gamme de 30 microns pixels de 256 x 256. Le capteur réagit dans le domaine spectral de 3 à 5 microns. Une lentille de 13mm a été choisi pour capturer une vue complète de l'expérience avec un fond minimale dans le champ de vision. Le système d'imagerie a été emballé dans un conteneur monté sur le côté droit de la Avions F-15 (Fig. 1). Afin de minimiser la taille de la nacelle et la traînée résultant, le capteur est orienté parallèlement à l'écoulement de l'air. Cela a également placé la ligne de visée parallèle à l'expérience. Un miroir pli était incorporée dans la conception de plier la ligne de visée à l'intérieur et vers le bas pour centre sur la région d'intérêt (Fig. 2). Une fenêtre de silicium avec une couche antireflet optimisé pour la bande spectrale 3 à 5 microns a été installé sur la surface intérieure de la nacelle directement en face du miroir de pliage. Pour réduire davantage le volume de la nacelle, l'électronique de l'appareil photo ont été installés dans une baie de l'avion à côté d'une connexion du câble d'interface à la tête de caméra. Le boîtier électronique fournit des normes simultanées NTSC (Comité National Television Systems), S-vidéo et une sortie numérique 12 bits. Les paramètres de fonctionnement de l'appareil pourraient être ajustés sur le sol avant le vol grâce à une interface RS-422 ordinateur. Le système était équipé d'orifices de mesure et câbles pour permettre la configuration externe et le support de test sans avoir besoin de puissance de l'aéronef.

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