从给定的文件中,可以提炼出一系列与激光测量涡流牵引相关的关键知识点,包括涡流测量技术的发展、涡流对于飞行安全的影响、激光多普勒技术的应用以及涡流的特性等。 上世纪七十年代,美国就开始积极研究飞机着陆或起飞时机身后的涡流牵引作用。涡流在航空领域内是一个重要的现象,它是由飞机机翼产生的,形成机翼后方的空气旋涡。这些涡流对于紧随其后的飞机是一种潜在的危险,尤其是对于小型飞机而言,有可能导致坠机事件。 为了减小这种危险,研究人员试图开发出一种方法,能够根据风向和风力的变化来计算出不同类型飞机的编队情况,从而规避这种危险。然而,直到文件所述的现代,仍然没有找到一个有效的解决方案。由于涡流的直径大约为5到10米,最大切向速度可超过20米/秒,因此测量工作极具挑战性。 激光多普勒测量技术成为了测量涡流特性的关键技术。这种技术不需要直接接触目标,而是通过测量空气中悬浮微粒对激光的散射,利用多普勒效应来测定风速。多普勒效应是指当光源和观察者之间存在相对运动时,观察者接收到的光波频率会发生变化的现象。在飞机尾部的涡流中,风的速度和方向可以通过分析激光与涡流中尘埃粒子相互作用后散射回来的光波频率变化来测量。 文件中提到了斜视测量法和激光多普勒测量法两种无接触遥感方法。激光多普勒测量法由于其测量原理,可以远距离、无接触地测量风速和风向,因此被认为是测量涡流的理想方式。这种技术被DFVLR光电子研究所研发的激光多普勒风速计所采用,能够在机场使用,为确保飞行安全提供支持。 在具体操作中,激光多普勒风速计被安装在法兰克福机场的两条跑道之间,形成了一个扫描平面,通过测量经过涡流的速度,可以获得涡流的切向速度分布曲线。通过这些数据,可以预测涡流的运动轨迹和强度,并据此调整飞行计划,避免危险。 涡流的特性也体现在其对风速和风向的依赖性上。风速为2到2.5米/秒时,涡流强度会减弱,而侧风能够影响涡流的移动方向。文件中提到,通过测量涡流管上下端的光方向与速度分量成正比的多普勒频移,可以获得涡流的速度分布。 涡流的存在和特性,不仅对飞机着陆有影响,还可能对机场附近的安全构成威胁。文件提到的测量系统可以自动记录数据,并计算出风场的偏移速度,这对于预测和应对强风天气至关重要。 激光测量涡流牵引技术的发展,对于提升航空安全具有重大意义。通过无接触的激光多普勒测量技术,可以在确保飞行安全的同时,进一步研究并理解涡流的物理特性。虽然这项技术尚处于试验阶段,但其潜力巨大,不仅有助于航空领域,还可能在其他涉及流体动力学的领域发挥作用,如预报作物收成或寻找捕渔业有前途的海域。
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