大气湍流与气溶胶环境室内模拟方法的研究

李 晨,易 瑔,杨建昌,李 鉴

(陆军装甲兵学院控制工程系,北京 100072)

1 引 言

理想情况下,激光的传播具有极强的方向性,在较远的传输距离上,才会出现光束扩散。但是,激光在大气中传输时,由于大气湍流的作用,激光会出现波前畸变、光束漂移等现象[1]。其次,由于大气气溶胶和大气分子的吸收与散射作用,激光的能量将出现衰减和分布不均[2]。激光与大气的相互作用,对激光测距、激光通信和激光武器都会带来较大的负面影响,因此探究激光与大气的相互作用规律是十分必要的。但是因为大气本身具有很强的不确定性,实地测量其特性将会带来繁重的工作量和计算量,因此,利用大气模拟池在室内模拟实际大气环境是较为可行和经济的研究方式。

目前,常用的大气模拟方法有液晶大气湍流模拟器、对流式大气湍流模拟器和基于随机相位片的模拟法,这些方法主要是来模拟大气湍流特性,且效果明显,较为接近真实的大气湍流特性,但是对大气分子和气溶胶的模拟实验一直研究较少。本文不仅利用大气模拟池模拟了大气湍流,而且模拟了一定浓度的PM2.5、PM10等气溶胶环境,计算了模拟大气的能见度。该模拟池对后续研究激光在大气中的传输规律具有重要意义。

2 大气模拟的基本原理

图1为大气模拟池的整体构造,池体为绝热材料,在池体的侧面,分别开有直径相等的圆形孔径1、2和方形开孔3,用于通过激光束和安装PM2.5、PM10传感器。池体的上下两个板面上分别安装有水冷面板和加热面板,并与温度显示和控制器相连接。……