邢博陽，蔡 彬，楊 波，張 斌

(1.上海交通大學(xué) 航空航天學(xué)院·上?！?00240；2.上海航天控制技術(shù)研究所·上?！?01109)

0 引 言

紅外制導(dǎo)是導(dǎo)彈精確打擊的主要制導(dǎo)手段之一。在制導(dǎo)過程中，光束穿過光學(xué)導(dǎo)引頭后的光場(chǎng)質(zhì)量是保證精確制導(dǎo)的重要參數(shù)。飛行器在以高超聲速飛行時(shí)，其光學(xué)窗口上方的冷卻噴流和遠(yuǎn)場(chǎng)自由來流之間會(huì)形成含有激波、膨脹波、混合層等的復(fù)雜流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。光束在穿過超聲速混合層的非均勻介質(zhì)后，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的導(dǎo)致模糊、偏移、抖動(dòng)的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)[1]。制冷劑噴流與外部來流形成的混合層流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，是產(chǎn)生氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的一個(gè)重要來源[2]。研究光束的波前畸變與混合層流動(dòng)結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)系，是研究氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的重要途徑。深入認(rèn)知?dú)鈩?dòng)光學(xué)效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理，有助于采取有效的控制方法來降低氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)對(duì)飛行器光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響。

本質(zhì)上而言，氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的產(chǎn)生源于光束所穿越流場(chǎng)區(qū)域的內(nèi)部流體密度分布的不均及密度分布的時(shí)變特性。在大量實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐中，剪切層(主要包括混合層和邊界層)的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)能夠體現(xiàn)一般氣動(dòng)光學(xué)問題的本質(zhì)特征[3]，工程中的實(shí)際氣動(dòng)光學(xué)問題往往是多個(gè)剪切層氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的疊加。其中，由混合層導(dǎo)致的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)所占比重更大[4]?；谶@一認(rèn)識(shí)，本文將混合層作為典型流場(chǎng)，并以此開展針對(duì)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理和氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正等方面的研究。

現(xiàn)有的研究結(jié)果表明，混合層流場(chǎng)由不同尺寸的渦結(jié)構(gòu)所控制，渦結(jié)構(gòu)主導(dǎo)了混合層流場(chǎng)的密度脈動(dòng)和速度脈動(dòng)特性[5]，因而渦結(jié)構(gòu)是混合層氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的根本因素。Childs[6]采用LES方法對(duì)可壓混合層進(jìn)行了數(shù)值模擬，并采用光線追蹤方法研究了可壓混合層帶來的氣動(dòng)光學(xué)擾動(dòng)。Kennedy等[7]對(duì)可應(yīng)用于可壓縮混合層的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了研究。在超音速混合層流動(dòng)穩(wěn)定性方面，Sandham[8]采用數(shù)值方法研究了可壓縮混合層的線性穩(wěn)定性。近些年，學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了很多基于流場(chǎng)中渦結(jié)構(gòu)的演化的受控混合層的研究。張冬冬等[9]通過直接數(shù)值模擬求解了Navier-Stokes方程，研究了渦結(jié)構(gòu)的特性與入流激勵(lì)參數(shù)之間的定量關(guān)系。郭廣明等[10]采用大渦模擬方法對(duì)脈沖激勵(lì)下超聲速混合層流場(chǎng)中渦結(jié)構(gòu)的演化機(jī)理進(jìn)行了研究，總結(jié)出了渦結(jié)構(gòu)的平均對(duì)流速度與脈沖周期的乘積近似等于渦結(jié)構(gòu)的空間尺寸。在混合層試驗(yàn)研究方面，易仕和等[11-12]使用平面激光散射技術(shù)清晰地展示了超聲速混合層流場(chǎng)中的渦結(jié)構(gòu)，并對(duì)渦結(jié)構(gòu)的流動(dòng)特點(diǎn)及時(shí)間演化規(guī)律進(jìn)行了研究。綜上所述，目前對(duì)于混合層的研究離不開對(duì)流場(chǎng)中多尺度的渦結(jié)構(gòu)演化特性的研究。因此，光束在穿越混合層時(shí)所產(chǎn)生的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)也就與流場(chǎng)中渦結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性密切相關(guān)。

在工程領(lǐng)域中，導(dǎo)彈導(dǎo)引頭側(cè)窗的外部來流流速相對(duì)恒定，因此如何控制噴流速度、減小氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)是研究的重點(diǎn)。本文聚焦了不同流速比的超聲速混合層氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，對(duì)混合層流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)的演化進(jìn)行了研究，將混合層氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)與流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，采用大渦模擬方法對(duì)不同流速比的混合層進(jìn)行了數(shù)值模擬，并通過仿真得到了不同條件下的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)。與此同時(shí)，本文還研究了光束波長和光束布置位置等相關(guān)光學(xué)參數(shù)對(duì)混合層氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的影響。

1 數(shù)值方法

1.1 LES數(shù)值方法驗(yàn)證

本文采用大渦模擬 (Large Eddy Simulation,LES)算法研究了超聲速混合層流動(dòng)。LES是介于直接數(shù)值模擬(Direct Numerical Simulation,DNS)與雷諾時(shí)均Navier-Stokes方程之間的一種數(shù)值方法，其現(xiàn)已發(fā)展得比較成熟。本文不對(duì)LES方法本身進(jìn)行介紹，而是利用Goebel-Duttonh[13]實(shí)驗(yàn)條件對(duì)LES方法進(jìn)行驗(yàn)證?；旌蠈佑?jì)算區(qū)域的長度為500mm，寬度為300mm，上下兩股平行來流之間的尖劈厚度為0.5mm。為了方便計(jì)算，取混合區(qū)的長度為300mm，高度為48mm，定義流場(chǎng)特征長度H為48mm。將流場(chǎng)網(wǎng)格劃分為兩塊，總網(wǎng)格數(shù)為901×152×2，將流場(chǎng)網(wǎng)格從混合層上下邊界向混合層中間加密。上下來流組分都是空氣，與實(shí)驗(yàn)一致，流場(chǎng)參數(shù)如表1所示。其中，Ma表示來流馬赫數(shù)，U表示來流速度，T表示來流溫度，P表示來流壓強(qiáng)。

表1 Goebel-Dutton混合層實(shí)驗(yàn)流動(dòng)參數(shù)Tab.1 Inlet flow parameters of the Goebel-Dutton Experiment

設(shè)U1為上方來流速度，U2為下方來流速度，ΔU=U1-U2。定義混合層厚度為速度值為某一流向速度剖面U1-0.1ΔU到U2+0.1ΔU兩點(diǎn)之間的垂直距離，計(jì)算x=150mm的剖面混合層的時(shí)均流向速度，并將其與Goebel-Dutton的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，得到的結(jié)果如圖1(a)所示。由圖1(a)可以看出，二維流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)值吻合良好。將x=150mm和x=200mm處的湍流強(qiáng)度時(shí)均統(tǒng)計(jì)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到的結(jié)果如圖1(b)所示。由圖1(b)可以看到，不同流向位置處的時(shí)均流向速度剖面和流向脈動(dòng)速度剖面與Goebel-Dutton的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都具有較好的一致性，這驗(yàn)證了所使用的LES方法在模擬超聲速混合層流場(chǎng)方面的可靠性。

(a)時(shí)均流向速度剖面圖

1.2 光線追蹤方法

為研究光束穿過混合層流場(chǎng)的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，本文采用了基于流場(chǎng)網(wǎng)格和直接模擬的光線追蹤技術(shù)，這種方法基于光沿著直線傳播的假設(shè)，可以通過光線追蹤模擬光線在非均勻介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而得到一系列的氣動(dòng)光學(xué)評(píng)價(jià)參數(shù)。光線根據(jù)折射定律，在網(wǎng)格交界面處發(fā)生折射、反射或全反射。通過對(duì)光線通過流場(chǎng)的路徑進(jìn)行積分，可以得到每根光線的光程(Optical Path Length,OPL)，計(jì)算公式如下。其中，c為光線積分路徑

(1)

式中，n是光線通過每一個(gè)網(wǎng)格的折射率，可由下式得到

n=1+KGDρ

(2)

式中，ρ為所在網(wǎng)格的介質(zhì)密度，KGD常簡稱為G-D系數(shù)。

在紅外區(qū)域，標(biāo)準(zhǔn)的G-D系數(shù)隨波長變化的關(guān)系式近似如下表示

KGD=(1+7.52×10-3/λ2)×2.23×10-4

(3)

式中，λ為波長，單位為μm。

進(jìn)而，可以得到所有光束的光程差(Optical Path Difference,OPD)，尖括號(hào)表示空間平均

(4)

2 不同流速比二維混合層流動(dòng)特征

2.1 算例設(shè)置

本文采用的是N.Chinzei[14]的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)條件如表2所示。混合層流場(chǎng)上方高速來流馬赫數(shù)M1為2.3，低速側(cè)的來流馬赫數(shù)M2分別為0.65、0.80、1.40。u1和u2分別表示上、下游來流的速度，速度比r=u2/u1，分別為0.39、0.47、0.74。試驗(yàn)段流場(chǎng)的長度為300mm，高度為47mm。在給定的試驗(yàn)段長度范圍內(nèi)，這些混合層能夠充分發(fā)展。

表2 N.Chinzei混合層實(shí)驗(yàn)流動(dòng)參數(shù)Tab.2 Inlet flow parameters of the N.Chinzei Experiment

使用上述的LES對(duì)混合層進(jìn)行流場(chǎng)仿真，采用如圖2所示的網(wǎng)格對(duì)二維混合層流場(chǎng)進(jìn)行模擬。流場(chǎng)長度L為300mm，寬度H為48mm。流場(chǎng)的網(wǎng)格量為900×150，共包含135000個(gè)網(wǎng)格。為了確保能夠準(zhǔn)確捕捉到交界面渦結(jié)構(gòu)，可將縱向網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)向上、下來流交界處加密。流場(chǎng)最小網(wǎng)格尺度為5μm。大渦模擬程序中的時(shí)間步長可設(shè)置為10ns。

圖2 混合層流場(chǎng)網(wǎng)格Fig.2 Computational grid for mixing layer

2.2 不同流速比的流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果

采用LES對(duì)三種不同流速比的混合層進(jìn)行數(shù)值仿真。待混合層流場(chǎng)完全發(fā)展并穩(wěn)定一段時(shí)間后，取同一時(shí)刻的三種流速比混合層的流場(chǎng)，計(jì)算得到流場(chǎng)沿x方向的渦量云圖，如圖3所示。

圖3 不同流速比混合層渦量圖Fig.3 Vorticity maps of mixing layer with different flow field

由圖3可以看到，r為0.39的混合層渦結(jié)構(gòu)卷起最快，位置更靠近流場(chǎng)上游；r為0.47的混合層渦結(jié)構(gòu)卷起位置略微靠后；r為0.74的混合層渦結(jié)構(gòu)卷起位置最晚，更靠近下游。同時(shí)可以看到，r為0.39的混合層在發(fā)展之后出現(xiàn)了渦結(jié)構(gòu)兩兩之間以及三個(gè)之間的配對(duì)和融合。由圖3可以觀察到，混合層流速比越低，同樣流向位置處的渦結(jié)構(gòu)之間越容易發(fā)生配對(duì)與融合。從圖3也可以看出，流速比低的混合層在同一流向位置處渦結(jié)構(gòu)的尺寸更大，渦之間的間距也更大。

同樣，采用U1-0.1ΔU到U2+0.1ΔU之間的距離來定義混合層的厚度。對(duì)同一時(shí)間段內(nèi)的混合層流場(chǎng)厚度進(jìn)行平均，可以得到不同流速比混合層流場(chǎng)時(shí)均的混合層厚度δ，如圖4所示。

圖4 不同流速比混合層厚度Fig.4 Mixing layer thickness of different flow field

從圖4可以看出，流速比r為0.47和r為0.39的混合層相對(duì)于r為0.74的混合層發(fā)展位置更加靠前，這與由瞬時(shí)渦結(jié)構(gòu)圖所得到的結(jié)論一致。r為0.39的混合層在x/H=0.58附近開始快速增長，r為0.74的混合層發(fā)展流向位置更加靠后，在x/H=1.62附近才開始快速增長。同時(shí)，從圖4可以看出，同一流向位置處，流速比高的混合層厚度更大。這一結(jié)論與N.Chinzei由實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)論一致。

3 不同流速比二維混合層氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)

3.1 波面畸變

采用光線追蹤方法可以通過模擬光線在介質(zhì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)過程，得到平面波穿過流場(chǎng)后的波面畸變。設(shè)置所有光粒子均勻分布在y/H=0.5的平面上，所有光粒子射出方向均是沿著y軸負(fù)方向豎直穿過混合層到達(dá)混合層流場(chǎng)底部(即y/H=-0.5)的平面。每根光線會(huì)遇到分布不均勻的流動(dòng)介質(zhì)，經(jīng)過的路徑也不相同，因此每根光線具有不同的光程。初始的平面波在經(jīng)過流場(chǎng)后波面后發(fā)生了畸變，變成了扭曲的波面。對(duì)r為0.74的混合層在某一時(shí)刻的流場(chǎng)采取氣動(dòng)光學(xué)仿真，經(jīng)計(jì)算得到OPD，并把同一時(shí)刻混合層的渦量云圖與OPD線圖進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，OPD出現(xiàn)的極小值的流向位置與渦結(jié)構(gòu)的渦核中心位置相對(duì)應(yīng)。在圖5中，A、B位置單一渦核中心處的OPD均有極小值，類似C處兩個(gè)以上渦結(jié)構(gòu)相疊加的位置同樣對(duì)應(yīng)渦結(jié)構(gòu)的極小值。這是因?yàn)閷?duì)于混合層中的渦結(jié)構(gòu)而言，以渦邊界為界限，渦結(jié)構(gòu)內(nèi)密度均小于渦結(jié)構(gòu)外密度。因此，光線垂直穿過混合層所經(jīng)過的光程在這種情況下是最小的，即光程差出現(xiàn)了極小值。

圖5 OPD極小值與渦核位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.5 Relationship between local minimum of OPD and site of vortex core

取混合層發(fā)展完全后的某一時(shí)刻的流場(chǎng)，采用光線追蹤算法計(jì)算OPD。可以看到，r為0.39和r為0.74兩種流速比混合層的OPD波面畸變?nèi)鐖D6所示。

圖6 兩種流速比混合層OPDFig.6 OPD profile of two mixing layers

從圖6可以看出，流速比r為0.74的混合層整體流場(chǎng)的OPD幅值小于流速比r為0.39的混合層整體流場(chǎng)的OPD幅值。這是由于在上下來流介質(zhì)都是空氣的前提下，混合層中渦結(jié)構(gòu)尺度的大小會(huì)影響空間的密度分布?？梢园褱u結(jié)構(gòu)近似看作圓形，渦結(jié)構(gòu)直徑越大，光線穿過的渦結(jié)構(gòu)的低密度區(qū)域也就越大，此時(shí)波面更容易出現(xiàn)大幅度畸變。從圖6同樣可以看出，渦結(jié)構(gòu)卷起更早的流場(chǎng)，OPD也更早出現(xiàn)波動(dòng)，這再次印證了OPD與渦結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2 圖像偏移

基于光沿直線傳播的假設(shè)，由于流場(chǎng)網(wǎng)格之間存在折射率的差別，光線在運(yùn)動(dòng)過程中以折線方式前進(jìn)，光線最終出射的位置會(huì)出現(xiàn)偏移?；诖?，可定義光線經(jīng)過非均勻復(fù)雜流場(chǎng)穿出流場(chǎng)的位置與光線沿著進(jìn)入流場(chǎng)的初始方向穿出流場(chǎng)出射點(diǎn)之間的距離為圖像偏移距離，如圖7所示。

圖7 圖像偏移示意圖Fig.7 Imaging displacement when light is transmitted through the nonuniform flow field

為了方便分析，將混合層流場(chǎng)根據(jù)x=0～100mm、x=100mm～200mm、x=200mm～300mm劃分為A、B、C三個(gè)區(qū)段，分別對(duì)應(yīng)混合層流場(chǎng)的上游、中游、下游。光線的入射角θi為0.57°，統(tǒng)計(jì)不同流速比的混合層流場(chǎng)在三個(gè)區(qū)段內(nèi)所有光線的平均偏移，如圖8所示。對(duì)于流速比r為0.39和流速比r為0.47的混合層流場(chǎng)，流場(chǎng)中游的圖像偏移距離大于流場(chǎng)上游的平均圖像偏移，而混合層下游的圖像偏移小于混合層中游的平均圖像偏移，但仍大于混合層上游的圖像偏移。對(duì)于流速比r為0.74的混合層，光線穿過混合層的圖像偏移沿著流向(上游→中游→下游)依次增大。從圖3可以看出，流速比r為0.39和r為0.47的混合層，在渦結(jié)構(gòu)卷起后渦結(jié)構(gòu)變大，光線的圖像偏移增大；在x/H=4之后，兩個(gè)渦結(jié)構(gòu)之間的間距增大。通過渦結(jié)構(gòu)間隙的光線由于折射率相對(duì)均勻，幾乎不產(chǎn)生光線偏移，因此整個(gè)區(qū)域的圖像偏移相對(duì)流場(chǎng)中游更小。對(duì)于流速比r為0.74的混合層，混合層的增長速度更慢，渦結(jié)構(gòu)的尺度也增長緩慢，渦間距沒有顯著的增加，對(duì)整個(gè)區(qū)域的圖像偏移沒有產(chǎn)生顯著的影響。因此，隨著流向位置的增加，由大尺度渦結(jié)構(gòu)主導(dǎo)的非均勻折射率場(chǎng)將使圖像發(fā)生偏移，上游、中游、下游三個(gè)區(qū)域的圖像偏移也將依次增大。

圖8 不同流向位置的圖像偏移Fig.8 Imaging displacement of different sites of stream wise

3.3 能量衰減

斯特列爾比(Strehl Ratio，SR)是評(píng)價(jià)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的一個(gè)十分重要的參數(shù)，其定義為受氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)影響的光束強(qiáng)度極值與未受氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)影響的光束強(qiáng)度極值之比[15]，計(jì)算公式如下

(5)

式中，OPDrms表示OPD的均方根。斯特列爾比SR也是本文評(píng)價(jià)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)嚴(yán)重程度的一個(gè)參數(shù)。

進(jìn)行光線追蹤的光線波長λ會(huì)對(duì)SR產(chǎn)生很大影響。以r為0.74的混合層某時(shí)刻流場(chǎng)為例，在圖9中包含兩個(gè)正在配對(duì)渦結(jié)構(gòu)的區(qū)域上方布置光線，光瞳口徑為1.44cm，光線沿著y軸負(fù)方向入射。

圖9 SR計(jì)算區(qū)域示意圖Fig.9 The computational area of SR

為了研究波長對(duì)SR的影響，分別取532nm、632nm、1μm、2μm、4μm五種波長。這五種波長包含了從可見光到紅外光的典型波長，通過計(jì)算可以得到SR隨波長的變化，如圖10所示。

圖10 波長變化對(duì)SR的影響Fig.10 Effect of wavelength change on SR

由圖10可以看到，在給定的流場(chǎng)區(qū)域且光瞳尺寸固定的情況下，SR隨光線波長的增加而增加。在可見光范圍內(nèi)，SR甚至降低到0.1μm以下。光線波長的減小會(huì)使氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)更加嚴(yán)重。在這個(gè)混合層流場(chǎng)的算例中，可見光的能量衰減尤其嚴(yán)重。

對(duì)于不斷發(fā)展的混合層而言，渦結(jié)構(gòu)沿著流向是不斷發(fā)展變化的。在不同流向位置布置光線，SR也會(huì)發(fā)生變化。針對(duì)流速比r為0.74的某時(shí)刻混合層流場(chǎng)，沿著整個(gè)混合層流場(chǎng)流向一共布置了30個(gè)光瞳，取光瞳口徑為1cm,光線波長設(shè)為2μm。通過光線追蹤計(jì)算，可以得到SR沿流向的分布，計(jì)算結(jié)果如圖11所示。SR在x/H=2前幾乎沒有變化，近似等于1，這是由于此時(shí)混合層流場(chǎng)還沒有開始發(fā)展，還沒有出現(xiàn)可對(duì)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響的大尺度渦結(jié)構(gòu)。隨著混合層的發(fā)展，SR發(fā)生變化，渦結(jié)構(gòu)卷起后，渦結(jié)構(gòu)和渦之間的間隙交替出現(xiàn)，如前文3.1節(jié)所述。當(dāng)光瞳范圍內(nèi)出現(xiàn)大尺度渦結(jié)構(gòu)時(shí)，OPD會(huì)出現(xiàn)極小值，SR會(huì)明顯減小。同時(shí)，SR曲線在x/H>2后呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。

圖11 瞬時(shí)流場(chǎng)不同流向位置的SRFig.11 SR at different site of stream wise of instantaneous flow field

不同流速比的混合層發(fā)展規(guī)律不同，對(duì)同一時(shí)刻混合層完全發(fā)展后的三組不同流速比的混合層進(jìn)行光線追蹤計(jì)算，并對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的SR進(jìn)行時(shí)間平均，得到的結(jié)果如圖12所示。

從圖12可以看出，流速比r為0.39和r為0.47的混合層的SR，在x/H>0.8流場(chǎng)出現(xiàn)大尺度渦結(jié)構(gòu)后明顯下降；r為0.3的混合層的SR在x/H=2.6時(shí)出現(xiàn)了極小值；流速比r為0.39和r為0.47的混合層下游的SR出現(xiàn)了略微增長，這可能與光瞳口徑得出選取有關(guān)。流速比r為0.47的混合層，在x/H>3.2后基本維持不變，此時(shí)SR已衰減為20%，出現(xiàn)嚴(yán)重的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)。流速比r為0.74的混合層SR在x/H>2后開始降低，在x/H=5.7時(shí)衰減至88%。

圖12 時(shí)均流場(chǎng)不同流向位置SRFig.12 SR at different site of stream wise of time-average flow field

4 結(jié) 論

本文研究了不同流速比的超聲速湍流混合的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，應(yīng)用大渦模擬LES程序?qū)ΧS混合層流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，驗(yàn)證了程序的正確性。開展了不同流速比非定?；旌蠈拥臄?shù)值仿真，并進(jìn)行了相應(yīng)的氣動(dòng)光學(xué)評(píng)價(jià)，得出了以下結(jié)論：

(1)流速比低的混合層圖像偏移更高、更多，SR數(shù)值更低。此時(shí)，能量衰減嚴(yán)重，氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)更加嚴(yán)重；

(2)針對(duì)圖像偏移，高流速比的混合層圖像偏移沿著流向不斷增加。由于渦間距增大，低流速比的混合層的下游圖像偏移平均值小于中游圖像偏移平均值；

(3)混合層的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)隨著波長減小而愈加嚴(yán)重?？梢姽獾臍鈩?dòng)光學(xué)效應(yīng)比紅外光嚴(yán)重。因此，建議在工程中盡量避免使用短波，以免帶來嚴(yán)重的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)。