2 / 9
Применение спекл-интерферометрии для исследования колебаний…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 3
67
дельных деталей, таких как, например, рабочие и направляющие лопатки ГТД.
Применение указанных установок для исследования колебаний деталей более
крупных размеров связано с необходимостью преодоления экспериментальных
трудностей, вызванных следующими ограничениями: энергетическими парамет-
рами (чувствительностью телекамеры, мощностью лазерного излучения, потеря-
ми на оптических элементах схемы, коэффициентом отражения объекта); углом
поля зрения камеры; спектральными характеристиками лазерного излучения (ко-
герентностью); виброзащищенностью исследуемого объекта и оптической схемы
интерферометра.
Вместе с тем на практике остро стоит проблема обеспечения вибрационной
прочности таких крупногабаритных конструкций, как рабочие колеса турбо-
машин. Применения только расчетных методов в этом случае недостаточно, так
как результаты численных расчетов зависят от используемой математической
модели. Поэтому возникают трудности при трактовке полученных методом тен-
зометрирования экспериментальных результатов. Как показано в работе [3],
в большинстве случаев математическая модель не позволяет определить, по ка-
кой форме колебаний системы диск-лопатки возникают максимальные напря-
жения и появляется необходимость использовать оптические методы, в том
числе корреляционную спекл-интерферометрию, которая дает полную инфор-
мацию о формах колебаний системы диск-лопатки.
Экспериментальная часть.
В настоящей работе для исследования колеба-
ний рабочих колес турбомашин на базе непрерывного лазера разработана
спекл-интерферометрическая установка, в основе которой лежит оптическая
схема с разделенными пучками и гладкой опорной волной (рис. 1).
В качестве источника излучения служит непрерывный твердотельный ла-
зер с диодной накачкой SLM-417-50 мощностью 50 мВт, длиной волны 0,532 мкм
и длиной когерентности более 50 м, поставляемый фирмой Laser-export. Излу-
чение лазера
1
светоделителем
2
расщепляется на два пучка: один (предметный),
проходя через линзу
9
, расширяется и освещает исследуемый объект
10
; другой
(опорный) с помощью глухих зеркал
3
,
4
,
5
и плоскопараллельной пластины
8
направляется в объектив телекамеры
11
. Линзы
6
и
7
, установленные между
зеркалом 5 и плоскопараллельной пластиной 8, фокусируют световой поток
опорного пучка в плоскость апертурной диафрагмы объектива телекамеры
11
.
Для регистрации спекл-изображений объекта используется телевизионная ка-
мера WAT-902H, обеспечивающая регистрацию с разрешением 752 × 582 пик-
сель. Формирование приходящего на светочувствительную площадку телекаме-
ры спекл-изображения объекта осуществляется объективом ТАМRON c пере-
менным фокусным расстоянием
f
= 28…80 мм. Диафрагма объектива устанав-
ливается такой, чтобы средний размер спекла (определяемый как 1,22
λ
(NA), где
λ
= 0,532 мкм — длина волны лазерного излучения; (NA) — числовая апертура
объектива) в плоскости изображения был близок к размерам ячейки приемной
матрицы телекамеры (8,6 × 8,3 мкм).