航空安全：用激光检测湍流的轨道你都知道哪些？

最近，一架庞巴迪挑战者 604 公务机在 A380 之后下降了 3000 米。几名乘客受伤，飞机内部被毁。虽然轻微事故相当频繁，但严重事故平均每两年发生一次。

除了对几起空难负责外，它们还是航空发展的障碍。事实上，为了限制它们的影响，在起飞和着陆期间，每架飞机之间都施加了任意的安全间隔。在飞行中也必须保持最低安全距离——Maverick 和 Goose 在《壮志凌云》中可能没有遵守这个距离，在此过程中失去了对 F-14 的控制。

直接探测尾流湍流及其演变可以显着减少这些延误和距离，并优化机场跑道交通，从而提高航空安全并降低运营成本。不幸的是，能够完全表征涡旋，尤其是气态涡旋，是相当困难的。

如果在虚构的登记册中，Twisters 的龙卷风追逐者不得不冒着生命危险牺牲一辆汽车，以便弹珠可以被龙卷风吸走，从而通过它们的电磁回声完全描述龙卷风，实际上，是带有机组人员的飞机将在洼地中心收集信息， 在显然非常困难的条件下。

为了避免这些危险，我们正在寻找一种能够从远处探测这些漩涡的设备。这种设备也可能对航天、气象学感兴趣，也可用于表征风力涡轮机尾流，这对鸟类来说非常危险，可以延伸数百米。

在我们最近的研究中，我们建议利用一种物理现象，即旋转多普勒效应，来测量这些涡旋的速度和演变。这可以相对便宜地完成，因为它需要使用简单的激光器和探测器，并且适用于风力涡轮机尾流和龙卷风测量。

“通常”多普勒效应与发射机和接收机相对运动时波的频移有关。这种偏移量与它们之间的相对速度成正比。它特别用于使用无线电或光波检测元帅的超速。除其他外，它还用于医学测量血管中的流量，这次使用声波。

还有一种鲜为人知的旋转多普勒效应，它与旋转物体的通常多普勒效应相对应。菲利亚斯·福格在《八十天环游世界》中很好地看到了这一点。事实上，旅程的时间，通常是80天，是由地球自身的自转改变的。根据环球旅行的方向，这段时间增加到 79 或 81 天。

这也可以在较短的时间内通过查看旋转电唱机上的时钟来理解。如果您站在电唱机上或放置时钟的房间里，时钟不会以相同的速度运行。

为了能够将旋转多普勒效应用于波，它们必须“旋转”。通常的波并非如此。另一方面，有些波浪类似于意大利面食，并且以与波浪频率成正比的速度旋转。它们被称为轨道角动量波或OAM。

来自旋转物体的背向散射光不再旋转。它不再具有fusilli的形状。此外，它的频率恰好偏移了与物体的旋转频率和步枪特性成正比的量。通过测量这种偏移，可以测量陀飞轮的转速。

我们的团队已经研究了几年的梭形波，它们的产生、检测和使用，以在光的帮助下旋转物体。

我们最近成功地使用激光产生的梭形光波，完全表征了由容器中的磁力搅拌器产生的“模型”液体涡旋，并研究了涡旋中水散射的光的频率。

旋转液体散射的光的旋转多普勒频移使得追踪涡旋中的速度分布成为可能。

特别是，我们已经测量了涡旋内部角速度的分布，同时，我们可以在涡旋的轴上绘制地图。换句话说，我们可以知道陀飞轮旋转速度在三维空间中的分布。

目前，在实验室中，我们正试图在真空产生的气态涡旋上重复这个实验，然后再在真实情况下进行这些实验。