朱慧怡 卢彦铭 赵改清 樊海 田威

摘要：纹影法是将位相转换为可见光学图像的方法，在航空风洞气流场领域被大量运用。本文通过使用源光栅和刀口光栅光路，探讨了空气折射率梯度的变化规律，并对气体密度、温度、流速等差异的分辨能力进行了探究。进行了定量分析。

关键词：风洞；纹影法；光栅；定量分析

Explorations of a Wind Tunnel Grating Schlieren System

在风洞试验中，纹影法是一种能够把介质折射率变化转换为光强（明暗或色彩）变化的纹影图像，从而使折射率变化可视化的实用方法，它常用于风洞（或水洞）、燃烧、流体混合等的观察，可显示密度、温度、速度等梯度变化，在航空领域的应用尤为突出。本文采用源光栅与刀口光栅的新型光栅式光路探究空气折射梯度，比经典纹影法更易于识别，并进行了定量分析。

1 理论

1.1 紋影法的原理

纹影法的工作原理是用刀口或者光栅在焦点处切去光源像，并将光线在流场中受到的扰动转变为映射在平面上的光强变化。由于光线从光源发出后，通过流场密度不均匀的区域会发生偏转，因此刀口对光源像的切割程度将取决于流场折射率的一阶导数大小。

通过改变媒介温度，可以影响媒介的折射率，发现空气折射梯度的存在，并将其可视化。

2 装置

2.1 光栅纹影法

本文采取光栅干涉的方法实现。该光路采用了两片光栅，即光源光栅和刀口光栅，并在两片光栅加入一块透镜起聚光作用。在干扰区放入干扰源，使空气折射率发生变化，会使光产生相位变化，而会使最后的光栅干涉条纹产生扰动，由此来实现纹影法。……