導讀：據aerospacetestinginternational網站2月2日報道，Arnold Engineering Development Complex和MetroLaser公司的工程師們正在美國阿諾德空軍基地正在使用一種新型鐳射測量系統來測試發動機排氣的氣體速度，並幫助找到降低飛機噪音的方法。
測量中採用的美國GE公司J85發動機
2021年11月，MetroLaser公司的一個團隊使用了由田納西州阿諾德空軍基地附近的田納西大學航天研究所推進研究設施 (PRF) 的阿諾德工程開發中心 (AEDC) 維護的J85發動機試驗檯，研究其三分量平面多普勒測速儀 (PDV)，一種能夠對發動機排氣中的氣體速度進行光學、非侵入式測量的系統。
MetroLaser公司、美國海軍和阿諾德工程開發中心AEDC合作開展了其他幾個專案，這幫助他們決定將田納西大學航天研究所推進研究設施用於這項特定研究。
美國海軍機械工程師兼 MetroLaser 公司技術聯絡員大衛·梅（David Mayo）表示：“推進研究設施的發動機試驗檯對於MetroLaser SBIR 計劃的成功至關重要，PRF的工程師和工作人員為MetroLaser公司的PDV技術的驗證測試提供了重要支援。”
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航天研究所推進研究設施將是“在全尺寸渦輪發動機上展示這種測量技術的絕佳、低成本的機會”。
他補充說，海軍對PDV的興趣源於需要了解航空發動機排氣中的速度分佈，這是制定減少飛機噪音戰略的關鍵。
“需要進行測量以與發動機排氣流場模型進行比較，”霍華德說。“目前的測量方法涉及侵入式探頭，或需要在氣流中散播粒子的光學方法。而MetroLaser公司開發的光學方法則直接依賴於排氣中已經存在的煙塵顆粒，因此，這種測量技術在發動機支架和有翼飛機上進行速度測量時更加通用。”
MetroLaser公司的方法是使用擴充套件的鐳射束照亮排氣流場的一片區域，依靠安裝在排氣外的三個特殊放置的攝像系統來測量散射的鐳射。
“然後使用專門的碘過濾器來幫助辨別照射相機系統的散射鐳射的多普勒頻移，”霍華德說。“鐳射頻率的變化是由於鐳射從排氣中的高速煙塵顆粒散射而來。”
阿諾德工程開發中心的J85發動機測試運營工程師布拉德·貝舍爾（Brad Besheres）提到，2021年11月進行的測試實際上是該過程中兩階段努力中的第2個。
“在2020年秋季，阿諾德工程開發中心曾幫助MetroLaser公司安裝並評估了鐳射和攝像系統的基本效能，該系統包括PDV系統的元件，並且在發動機整個功率範圍內包括相對惡劣的振動聲學環境附近，一個從慢車到加力操作過程。”貝舍爾說。
貝舍爾進一步解釋道：“從該測試中獲得的資訊和經驗教訓被用於設計最終演示的安裝結構，這導致了一次非常成功的測試活動，為MetroLaser公司提供了充足的資料，向他們的贊助商美國海軍宣佈PDV系統的成功演示。”
MetroLaser公司總裁湯姆-詹金斯（Tom Jenkins）表示，PDV技術之前也曾在位於加利福尼亞州山景城的NASA艾姆斯研究中心的AEDC國家全尺寸空氣動力學綜合體中使用。在80x 120英尺的風洞中。該技術已被證明能夠從單個鐳射脈衝中分辨出低至每秒2m的速度，並且適用於超過40m的觀察範圍。
PDV系統也能成為一種測量大型風洞設施中隨時間流動的三分量速度向量場的方法。在風洞中組裝並安裝了一個高質量的三攝像頭PDV系統，以允許在全尺寸轉子的動葉之間進行流場測量。
由於使用區域性鐳射瞄準和速度場影象提供的空間辨別力具有獨特的優勢，PDV也可以應用於測量固體物體的運動。示例包括單個飛行路徑和多個目標的旋轉或翻滾速度、移動機械部件的區域性速度以及生物目標的運動。在測量運動路徑已知的固體物體的情況下，只需一個相機系統即可獲得沿軌跡的完整速度。
