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《含激波流场的光线追迹方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、国防科技大学学报第32卷第1期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.32No.12010文章编号:1001-2486(2010)01-0006-05X含激波流场的光线追迹方法冯定华,潘沙,田正雨,李桦(国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙,410073)摘要:高速流场中的激波会产生明显的气动光学效应,导致光线发生偏移、聚焦等。从理论上考察了在不同入射角条件下,光线经过激波后发生角偏移量与激波强度的关系;针对通过计算流体力学得到的激波
2、流场,提出了追迹步长根据当地折射率梯度和网格几何尺寸自适应调节的光线追迹的思想和方法,以提高追迹的精度;对所建立光线追迹方法的精度进行了考察。结果表明,所建立的光线追迹方法适用于激波流场的光线追迹,具有较高的精度。关键词:激波;光线追迹;步长自适应;折射率梯度中图分类号:O35;O43文献标识码:AMethodofRayTracingthroughShockWaveFlowFieldFENGDing-hua,PANSha,TIANZheng-yu,LIHua(CollegeofAerospacea
3、ndMaterialEngineering,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Inthehighspeedflowfield,shockwavewillcauseobviousaero-opticseffect,whichcaninducetheexcursionandfocusingoftherayandsoon.Inthispaper,therelationshipsofangleexcursionan
4、dshockintensityarereviewedtheoreticallyintheconditionofdifferentincidenceangles.Inapplicationtoactualproblem,theshockfieldisusuallysimulatedbycomputationalfluiddynamics.Inordertotracetheraythroughthesimulatedshockfield,anideaandthematchedmethodarecarr
5、iedout,whichcanimprovethetracingprecision.Inthisway,thetracingstepdistanceisaimedtobesel-fadaptivetolocalrefractionindexgradientandgridgeometryscale.Atlast,theraytracingmethodisvalidated.Theresultshowsthatthemethodhashighprecisionforraytracinginthesho
6、ckfield.Keywords:shockwave;raytracing;stepsel-fadaptive;refractionindexgradient在高速流场中存在的激波,由于存在较大的密度梯度,使其成为一个光线折射面,对光线传输会产[1]生较大的影响,引起气动光学效应。当激波从物体的前缘脱体时,产生的弯曲激波,将导致透镜一样的聚焦效应,将平行入射光线折射聚焦,甚至会出现像散。即使是简单的平面激波,其表面不一定垂直于光轴或平行于探测窗表面,光线折射影响也必须计算。要实现光线穿越激波这种间
7、断面的光线追迹,[2-3]需要对传统的等步长追迹方法进行改进,需要采用变步长的追迹方法。在追迹过程中,每一步追迹的起点和终点不一定在网格点或者网格单元分界面上,并且追迹步长需要根据当地折射率梯度和网格尺寸自适应调节,以提高追迹的精度和效率。1光学折射率与介质密度之间的关系[1,4]Lorenz-Lorentz公式给出了流场介质密度与光学参数)))折射率之间的关系:2n-1122=KGD(1)n+2Q3其中,KGD为Gladstone-Dale常数,Q为气体介质密度,n为折射率。在温度不高的情况下,
8、折射率取决于22气体的密度变化。气体中,nU1,则n+2U3,n-1=n+1#n-1U2n-1,式(1)可变换为:X收稿日期:2009-09-23基金项目:国防科技大学优秀研究生创新资助项目(B080103)作者简介:冯定华(1981)),男,博士生。冯定华,等:含激波流场的光线追迹方法7n-1=KGDQ(2)式(2)即为常用的表征介质折射率与密度的关系式。2激波对光线传输的影响理论上,平面激波可以看作一个折射面,如果知道激波的位置,利用Lorenz-Lorentz公式和Snell
