对于含激波等大密度脉动结构气动光学流场,沿着直线路径对折射率积分会带来较大的光程误差.因此,数值求解光线方程进行光线追迹是必要的.与数值求解光线方程不同,元胞自动机(cellular automata,CA)通过给定光线位置和方向变换规则来模拟光线在介质中传输路径.本文基于已有的实验测量、数值仿真所获得的高超声速流场密度场数据,分别采用数值求解光线方程法和CA光线追迹算法进行光线追迹,进而得到光线出射流场后的光程差.结果表明,CA算法对于二维气动光学流场中光线追迹的适用性,且较数值求解光线方程方法具有更高的效率.

气动光学的研究中,关联方程(linking equation)是关联湍流力学量与光学量的一个重要的方程.但是,基于模型简化的关联方程在亚声速低速流场的应用中通常忽略权重函数对波前方差估计精度的影响.本文在纳米粒子示踪平面激光散射技术获得超声速混合层流场密度数据的基础上,应用关联方程计算超声速混合层的流向波前方差,并进行误差分析.结果表明:基于关联方程估计的流向波前方差与直接对密度场的积分计算结果具有较好的一致性;在适当地定义相干长度、密度脉动协方差高斯模型近似的基础上,分析了权重函数对关联方程计算精度的影响,指出了权重函数对关联方程在超声速流场密度高度相关区域中应用的必要性.研究的开展对于拓展关联方程在高速流场中的应用具有一定指导意义.