Die Fokusschatten-Technik kann die Querschnittsstrukturverteilung in einlagigen Strömungsbereichen erfassen und messen und spielt eine wichtige Rolle bei der Strömungssichtbarmachung und der Messung von Strömungsparametern. Um die Messgenauigkeit des Fokusschatten-Systems in ultraschnellen Umgebungen zu gewährleisten, basierend aufströmenden Mach-Zahlen und Stoßwinkel wurden in diesem Artikel die Beziehung zwischen scharfer Fokustiefe und Luftstrom-Ablenkwinkel abgeleitet und unter Berücksichtigung der Systemmessanforderungen die Wertebereiche für Empfindlichkeit, scharfe Fokustiefe und Auflösungsindizes bestimmt. Darauf aufbauend wurde basierend auf dem Prinzip der Fokusschatten-Bildgebung und den optischen Eigenschaften des Strahlengangs eine Systemparameteroptimierung durchgeführt, um die Systemleistung zu verbessern. Für die Gitterquelle-Messerschlitten-Gitter-Bildgebung und die Strömungszielbildgebung bei verschiedenen Objektentfernungen wurde eine mehrfache Struktur festgelegt, wodurch ein Großfeld-Fokusschatten-System mit einem Sichtfeld von Φ300 mm entworfen wurde. Das montierte Fokusschatten-System wurde geprüft, bei einer Objektentfernung von 1 m erreichte die Auflösung des Systems für den Testbereich über 23 lp/mm, und die scharfe Fokustiefe lag unter 35 mm. Mit diesem System wurden hochdynamische Strömungsbilder aufgenommen, die Anzeige war gut. Die Testergebnisse zeigen, dass das entworfene optische System die Anforderungen für die feinkörnige Beobachtung der Strömungsdichte erfüllen kann.

Strömungsdichte; Fokusschatten; Mach-Zahl; scharfe Fokustiefe; optimiertes Design