基于高斯烟团模式的爆炸烟雾浓度分布特性仿真

在战场环境下,爆炸产生的烟雾会对激光引信的正常探测产生一定的干扰,成为制约激光引信正常使用的因素。选用瞬时点源模拟爆炸烟雾,基于高斯烟团模式进行建模仿真,得到烟雾浓度分布规律。改变相关参数,如源强、平均风速、扩散时间、释放高度等,得到参数改变对烟雾浓度分布的影响规律。源强影响烟雾浓度峰值的变化,平均风速和扩散时间对烟雾浓度的峰值、烟团位置以及烟团大小均有影响,释放高度的改变使不同观测点烟雾浓度呈抛物线变化。仿真结果对激光引信抗烟雾干扰提供一定的依据。     

不同因素作用下坦克行驶扬尘浓度分布规律数值模拟

为了研究典型战场中坦克行驶扬尘的产生机理及不同因素作用下的扬尘浓度分布规律,给坦克行驶扬尘的实验室模拟提供理论支撑与数据参考,基于气体与固体两相流理论,利用计算流体力学软件ANSYS Fluent对坦克行驶引起的外流场变化及不同风速和不同扬尘质量流率下的扬尘浓度分布进行仿真分析。研究结果表明：坦克行驶时在其车身尾部与两侧产生的大量湍流涡旋是引起扬尘颗粒运动的主要原因之一;风速越大,坦克尾部中心扬尘浓度越低,尾部两侧扬尘浓度越高,且浓度变化越迅速;扬尘质量流率越大,扩散速度越快,且在不同典型截面上扬尘平均浓度与质量流率呈线性增加关系,因此可根据某一质量流率的扬尘平均浓度数据推算得出其他质量流率下的扬尘平均浓度。     

石墨烟雾粒径时空分布特性仿真研究

粒径分布是影响烟雾光学性能的重要因素之一,为获取烟雾粒径分布,基于拉格朗日随机游走模式,考虑风场、湍流、重力、浮力等作用,建立自由空间烟雾扩散模型。针对连续烟源,数值模拟石墨烟雾扩散过程,分析烟雾粒径在空间下风、跨风、垂直地面方向和时间上的分布特性。仿真结果表明,在烟源释放烟雾阶段,石墨烟雾粒径空间分布特性为:沿垂直地面方向存在明显差异,沿下风方向和跨风方向基本保持不变;石墨烟雾粒径时间分布特性为:在沿下风方向划设的空间网格内基本保持不变,在沿跨风方向和垂直方向划设的空间网格内存在微小差异。仿真方法与仿真结果对烟雾的光学特性研究及激光抗烟雾干扰研究,具有重要的参考价值。     

有限空间的尘浓度分布规律数值模拟研究

针对激光引信抗尘干扰能力研究问题,提出一种尘实验室设计方案。在实验室条件下形成一个浓度均匀且可调节的尘实验平面,进而对激光引信抗尘干扰能力进行定量分析。采用k-ε湍 流数学模型和离散相模型,基于混合差分格式和同位网格的压力耦合方程组半隐式方法,利用计算流体力学软件Fluent对尘实验室进行数值模拟,得到计算域内不同截面的尘浓度分布情况和浓度随时间的变化趋势。结果表明：尘平面均匀浓度受鼓风口风速和鼓料口质量流率的影响,与风速呈线性规律增长,与质量流率呈指数规律衰减;自然风可以加快尘的沉降速度。     

气溶胶环境影响下连续波激光引信回波特性

激光引信具有定距精度高、抗电磁干扰的优点,但其易受烟尘等气溶胶粒子的干扰。基于蒙特卡洛仿真方法研究连续波激光引信在气溶胶干扰环境下回波信号特性。构建气溶胶粒子各种散射作用下连续波激光回波信号模型,包含粒子后向散射信号、经粒子散射的目标信号与目标回波信号3种类型,模型中的气溶胶消光系数和散射系数根据光子的空间位置坐标、气溶胶浓度分布和粒径分布而动态变化。分析不同浓度条件下信号时频域特性、信噪比等特性与激光波长、气溶胶粒子粒径等因素间的关系。仿真及实物实验结果表明：在气溶胶低浓度条件下,回波信号谱峰集中于与目标距离相关的频率处,并未出现干扰谱峰;当浓度超过中度条件时,既存在目标谱峰也存在干扰谱峰;达到重度干扰时,干扰谱峰则可能会强于目标谱峰;随着气溶胶浓度增加,信号信噪比降低;对于400～1 100 nm波长范围的激光,粒子粒径分布在20～100 μm时信噪比相对较高。     

硝烟制造:发烟手榴弹与发烟罐

早在我国春秋战国时代发烟装备就已使用,那时称为"烽火狼烟",用它作为报警信号.现代化作战仍需发烟装备,比如构造先进、价格低廉、用法巧妙的发烟手榴弹、发烟罐不但可挫败普通武器的侦察瞄准,而且还可对激光、红外等先进制导武器进行干扰,使其难以命中目标.其可以达到保护己方装备和人员的目的,大大提高战场生存能力.     

基于高斯扩散模型的催泪弹气溶胶烟雾非致命效能仿真

催泪弹是一种非致命防暴弹。为研究其非致命效能大小,以武警RS97-2型催泪弹为研究对象,应用高斯扩散模型研究了催泪弹气溶胶烟雾的扩散过程。分析了烟雾扩散时西埃斯(CS)催泪剂浓度和烟雾半径的变化规律。用Matlab软件编制的程序进行了仿真计算,得出以催泪弹气溶胶烟雾扩散的有效作用区域作为其非致命效能大小的衡量指标。结果表明,在风速为2m·s~(-1)时,一枚催泪剂装药为20g催泪弹的气溶胶烟雾有效作用区域可达453.7m~2。     

高速弹道导弹激光引信外流场分布影响特性

针对弹道导弹激光引信易受弹前激波干扰,导致激光引信接收系统回波能量大幅衰减的问题,建立了弹道导弹下降段超高音速飞行下的有限元模型。通过计算流体力学仿真软件(CFD)对高速弹道导弹外流场进行仿真,计算得到弹道导弹超音速下降时弹头附近温度、压强、密度等物理量分布特性;得出三条不同方向激光传输信道上外流场参数变化趋势;在仿真计算得到温度场与密度场基础上,结合折射场计算模型得到了弹头折射率场分布图。结果表明,弹头超音速下降时外流场分布极度不稳定,与弹轴呈一定夹角的激光探测方式明显优于前视激光探测,可以有效降低弹前激波干扰,为激光引信激光发射与接收方向选择提供了参考。利用Matlab仿真分析了传统激光信道与最优激光信道上的大气后向散射回波光子数,验证了所做研究的有效性。     

烟幕对目标毫米波辐射特性干扰效果研究

根据烟幕对毫米波辐射干扰效果测试方法的研究,对几种烟幕材料进行了毫米波辐射特性干扰效果野外测试.结果表明:多频谱和干扰毫米波烟幕材料对目标毫米波辐射特性干扰效果显著,单个发烟罐最大衰减量达7.57dB,平均降低温度对比度100K以上.     

坦克行驶扬尘浓度分布特性数值模拟研究

战场扬尘浓度分布对激光引信抗扬尘干扰研究具有重要意义。基于计算流体力学方法,应用重正化群k-ε模型和离散相模型,数值模拟单辆坦克行驶产生的扬尘分布规律。分析计算域内不同截面的扬尘浓度分布云图和平均浓度随时间的变化趋势,得到坦克不同行驶速度对扬尘浓度分布的影响规律。结果表明：坦克尾部扬尘浓度在近坦克尾部变化更迅速,而在远离坦克尾部区域扬尘浓度值动态范围更大;重力对扬尘扩散的影响可以忽略;坦克行驶速度越快,则扬尘扩散范围越大,且在垂直方向上扬尘浓度呈指数规律衰减。     

爆炸型烟幕弹遮蔽效能仿真研究

传统的烟幕仿真方法通常使用假定风场均匀稳定的高斯模型或者拉赫特曼扩散理论,这些方法忽略了实际大气边界层复杂多变的特点。为了解决这一问题,建立一个基于计算流体力学（CFD）方法的爆炸型烟幕弹遮蔽效能仿真模型。运用拉格朗日方法,基于在椭球体内均匀生成随机粒子的方法构建初始云团。分析烟剂燃烧放热对初始云团的热力效应,结合CFD方法和离散相模型对烟幕粒子的扩散进行模拟,得到烟幕质量浓度的时空分布。通过计算面密度得到烟幕对可见光的有效遮蔽区域。效能仿真结果与试验结果和拉赫特曼模式结果对比,证明了该模型的有效性,表明烟幕弹遮蔽效能仿真模型在爆炸型烟幕弹的前期扩散阶段较好地反映了烟幕形状及长度、高度的变化规律。     

催泪弹非致命效能分析计算

催泪弹是驱散群体性目标最有效的一种非致命防暴弹,特别是爆炸式催泪弹,刺激剂可瞬间释放,能快速作用于有生目标。但在实际战术运用中,催泪弹的非致命效能没有具体的衡量指标,导致其使用没有科学依据。根据爆炸式催泪弹气溶胶烟雾扩散特征,应用重气和非重气扩散数学模型,通过计算虚源点,将两种模型有效结合起来,对气溶胶烟雾扩散过程进行分析研究,得到气溶胶烟雾扩散半径和浓度变化规律,分析计算了单枚催泪弹有效作用区域,以此作为催泪弹非致命效能的衡量指标。研究结果表明,在风速为2 m/s时,39 s后单枚催泪弹的有效扩散面积可达602.1 m²,且烟雾浓度不低于1 mg/m³,计算结果与试验结果基本符合。     

发烟弹扩爆过程及其扩散影响因素分析

通过发烟弹扩爆和烟幕在大气中扩散两个过程的分析，就影响发烟弹烟幕形成及其浓度分布的主要因素进行了探讨，提出了发烟弹扩爆后烟云形成时初始参数及相关气象条件的估算方法，分析结论为烟幕浓度的估算提供了理论依据。     

烟幕云团形成初期的流动规律研究

利用普朗特边界层微分方程,根据爆炸成烟烟幕云团的自身运动特点,通过在不同条件下的假设,建立了贴地面的烟幕云团的边界层流动数学模型,以及快速成烟膨胀模型,并用实验分析模型。研究认为,在爆炸成烟烟幕云团形成初期,其流动特征为湍流,空气阻力是烟幕云团膨胀运动速度迅速衰减的主要原因。     

烟幕扩散的数值模拟

介绍了随机游走粒子-烟团模式的基本思想,对某野外试验的烟幕扩散进行了数值模拟,并将模拟计算结果与实际测量值进行对比.结果表明在等温中性的大气条件下,该模式对烟幕的扩散及浓度计算准确.     

红磷烟幕使用特性及其对红外激光的最佳消光直径

在中型烟幕柜中测试了红磷烟幕的粒度分布,计算了红磷烟幕的发烟能力和自由沉降速度以及对多种波长电磁波的衰减系数,分析了红磷烟幕的多波段消光特性及其在组合烟幕中的应用。研究表明：红磷烟幕平均直径分布在0.5～13μm;发烟能力3.9—22.9;对可见光至14μm红外的衰减系数分布在200／m～41.67/m;沉降速度远小于0.007 m/s并具有良好的组合使用特性。根据Mie理论计算了多种直径红磷烟幕粒子对1.06 μm、3.39 μm和10.6 μm激光的散射、吸收和消光效率因子。分析表明：直径显著小于入射波长的烟幕粒子的消光作用中吸收效应居主导地位;随着粒子直径增大散射效应逐渐增强;当烟幕粒子的尺度接近入射波长时散射和吸收效应趋于一致;红磷烟幕粒子对10.6μm和3.39弘m红外激光辐射的最佳消光直径分别为9.0μm和4.0μm.     

Diffusion Law of Smoke in Visible Light and Infrared Wavebands

Obscuring time of smokescreen is an important parameter, and diffusion coefficient is a crucial parameter to the obscuring time of smokescreen. The relational equation that effective obscuring area of smoke changes with diffusion co-efficient and diffusing time was derived. And based on experimental data, the parabolas that the area changes with time are drawn, and the relation between diffusion coefficient and obscuring time of smoke-screen is analyzed. Diffusion coefficients of smoke cloud in the infrared (IR) and in the visible light are compared with, the two-phase flow character of aerosol particle is found while diffusing in the two wavebands. And their differences are analyzed in detail.