固体火箭发动机尾喷焰红外特性数值模拟

在给定浓度场、温度场、粒子和气体组份辐射物性参数的条件下，将贴体坐标系下有限体积法用于主动段尾喷焰红外光谱特性计算，考虑了粒子的各向异性散射，计算结果与贴体坐标系下的离散坐标法进行了比较．分析了2.7μm、2.95μm表观光谱辐射强度及2．7～2．95μm的表观谱带辐射强度，考察了若不考虑散射或用各向同性散射假设，来近似非线性各向异性散射所带来的计算误差．     

固体火箭发动机尾焰红外辐射特性预估研究

本文借助于离散颖粒模型对固体火箭发动机尾焰两相流进行了一体化仿真计算与分析,经过系统分析与计算得出了各燃气组分与Al2O3颗粒流场参数分布的相关性规律。仿真结果分析得知：①在光谱波长1.7um~5.0un范围内,固体火箭发动机尾焰气相辐射最大值出现在2.7um以及4.3um波长下,颗粒辐射仍然是固体火箭发动机尾焰总红外辐射中的主导性因素;②固体火箭发动机尾焰红外辐射性能会在一定程度上受到内燃面颗粒尺寸、颗粒速度分布情况的影响。颗粒速度越大,颗粒尺寸越大,则颗粒红外辐射越弱且辐射降低速度越快。     

一种火箭尾焰区域确定方法

为了准确、高效地计算火箭尾焰的红外辐射特性,提出了一种确定火箭尾焰区域的方法。作为基础工作,分别使用FLUENT 和有限体积法（FVM）完成尾焰流场和红外辐射的计算。分析了可能用来区分尾焰和周围大气的变量,如温度和组分含量等,并选择CO 的质量分数作为阈值变量。即,在选定阈值后,计算尾焰红外辐射时仅考虑CO 质量分数大于阈值的区域,忽略小于阈值其区域对整体辐射的影响。分别研究了尾焰尺寸、计算时间和辐射强度随阈值的变化规律,结果表明,随着阈值的减小,尾焰尺寸和计算时间迅速单调增加,尾焰的红外辐射强度不断波动,且波动幅度逐渐变小,最终趋于平稳。另外,算例表明,选择CO 质量分数为0.000 5 作为阈值可以确定一个比较合理的尾焰计算区域。     

火箭发动机喷焰红外辐射数值计算方法研究（特邀）

火箭发动机高温尾喷焰因具有显著的红外辐射特征成为天基红外系统探测、跟踪、分类和识别任务重点关注的对象。火箭发动机喷焰辐射信号产生、传递机制的物理建模和数值计算一直是目标探测领域重点关注的问题,也正朝着高精度、高效率的方向发展。针对火箭发动机喷焰红外辐射数值计算研究,围绕喷焰红外辐射计算链路所涉及的各环节,从喷焰反应流场模拟、高温燃气辐射物性参数计算、辐射传输计算和数理模型校验试验等方面的研究情况展开综述。     

导弹尾喷焰目标红外特性的数值仿真

综合考虑计算精度和计算效率,基于传统热流法,提出了求解导弹尾喷焰目标红外辐射特性的源项六流法(SSF)模型.以圆柱形介质方向辐射强度的求解为例,通过与反向蒙特卡洛法(BMC)和二流法(TFM)计算结果的比较,证实了SSF模型的可行性和精确性.在给定温度场和粒子、气体等组分辐射物性参数的条件下,分别采用SSF、TFM和BMC法对不同高度导弹喷焰的红外光谱辐射强度进行了求解,结果表明:在2～5 μm波段内,导弹喷焰在2.7、4.3μm(相应波数分别为3 704和2 326 cm-1)谱带上具有明显的强度峰值,同时,SSF与BMC结果吻合较好,进一步证实了SSF模型的合理性.     

卫星姿控推进器尾焰红外辐射的数值模拟

为全面了解卫星的红外辐射特性,需掌握卫星姿控推进器尾焰的红外辐射特性.按照先计算尾焰的流场、再计算尾焰的吸收系数、最后用有限体积法求解尾焰的红外辐射亮度的逻辑顺序,较完整地建立了卫星姿控推进器尾焰红外辐射的求解模型;根据该模型计算得到尾焰的辐射亮度,进一步求解获得了1000～4500cm-1内的光谱和波段辐射强度.通过...     

基于红外技术的液体火箭发动机尾焰流场测量研究

利用傅里叶红外光谱仪（FTIR）和热像仪对常规液体火箭发动机尾焰流场红外光谱和图像进行了测量研究。红外光谱检测出了尾焰流场中的主要燃烧产物H2O、CO2以及微量燃烧产物NO、N2O。红外图像捕捉到了尾焰流场结构,建立了图像特征与燃烧状态之间的关系。研究结果表明:红外光谱仪和红外热像仪可对尾焰特征燃烧产物、流场结构进行精确测量,红外技术的应用为发动机工作状态监测提供一种新的分析手段。     

卫星观测火箭尾喷焰红外动态场景生成研究

建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法,生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像,并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率;同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹,利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输,生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系,对尾喷焰和背景投影成像,合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现,地面背景的辐亮度得到了压制,同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外,分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明,场景生成方法准确可靠,可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。     

F22尾焰红外辐射特性及探测仿真研究

针对隐身飞机F22尾焰红外辐射特性,研究了临近空间平台对其进行红外探测的可行性。通过对F22尾喷管及其尾焰气体进行建模和仿真,采用谱带模型C-G近似法将非均匀气体化分成390个小气柱以近似成均匀气体进行处理,计算F22尾焰在不同探测视角下的红外辐射强度。在此基础上,考虑大气透过率和遮挡因素的影响,计算出了临近空间平台对F-22尾焰的理论可探测距离能达到100 km以上。该研究为利用临近空间探测平台对F22的探测提供了参考。     

火箭尾喷焰红外辐射特性的理论计算

尾喷焰是一种高温高压气体,向空间辐射较强的热辐射能,对飞行器的隐身性能有重要影响。为计算尾喷焰的红外辐射特性,首先基于Navier?鄄Stokes方程和其他控制方程,在对流场进行划分处理的情况下得到了整个流场的特性分布,包括温度、压力和各气体组分参量等。在此基础上,考虑谱线的碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,计算了尾喷焰中包含各气体的谱带模型参数,如吸收系数、谱线间隔密度和谱线半宽等。最后,利用非均匀气体的Curtis?鄄Godson近似,仿真计算了某火箭尾喷焰在2~5 m谱段的红外辐射光谱强度,仿真结果验证了所用方法的正确性。     

某喷气发动机尾焰的中长波红外辐射分析和比较

利用中波红外和长波红外热像仪对某型 喷气飞机发动机尾焰的红外辐射特性进行了测量,得到了3～5 μm 和8～12 μm波段的尾焰辐射亮度分布。结果表明,从飞机 尾向上观测到的中波红外和长波红外尾焰均成对称分布,前者的最高辐射亮 度和尾焰面积分别是后者的4.6倍和2.1倍;从飞机侧向上观测到的 中波红外尾焰的最高辐射亮度、尾焰长度和面积分别是长波红外尾焰 的2.2倍、3.8倍和5.7倍,前者的优势非常明显。另外,受高温尾焰加热的影响,尾 焰周围空气的温度明显上升,使其辐 射亮度高于其他背景的辐射亮度。本文获得的测量结果对尾焰红外辐射特性仿 真和计算研究具有一定的参考价值。     

直升机排气系统尾焰红外辐射数值计算研究

尾焰是直升机红外辐射的主要来源之一。通过将直升机尾焰流场模型、气体辐射指数宽谱带模型（EWBM）和辐射传输方程（RTE）相结合,发展了一种直升机尾焰红外辐射特性估算方法。通过2个算例从不同的角度对该方法进行了验证,结果表明：采用该方法对尾焰红外辐射进行计算与分析是可行的,能满足工程设计的需要。     

基于窄谱带模型的尾焰红外辐射计算

尾焰红外辐射的计算是飞行器红外辐射计算的重要环节.在尾焰流场工程计算模型的基础上,从燃烧的化学反应出发,解决了尾喷口处气体组分参数的计算问题,利用基于Malkmus窄谱带模型的C-G近似法得到了尾焰红外辐射的快速计算方法.仿真结果表明,该方法能够快速准确地计算出尾焰的辐射,能为红外制导导弹仿真中飞机目标红外辐射的计算提供有效途径.     

导弹尾焰红外辐射运动变化探测研究

针对导弹尾焰红外辐射的探测问题,分析了导弹的运动状态对尾焰红外辐射探测的影响,建立了导弹尾焰红外辐射探测模型。主要研究了直线、水平圆弧及爬升和下滑的运动状态的探测模型,并进行了仿真,得出了三种运动状态下导弹尾焰红外辐射运动探测的变化规律。     

固体火箭发动机红外辐射及抑制技术

红外辐射特性是评价固体火箭发动机特征信号的主要指标之一。本文着重分析了固 体火箭发动机的红外辐射源,并讨论了抑制红外辐射的主要技术途径。     

轨控推进器尾焰对太阳辐射吸收的研究

为掌握轨控推进器尾焰的吸收特性,研究了尾焰对太阳红外辐射的吸收问题.在贴体坐标系下,运用有限体积法,建立了尾焰对太阳红外辐射的吸收模型.经过求解,获得受到尾焰吸收后、在尾焰边界处的太阳光谱辐射亮度.比较吸收前和吸收后太阳的光谱辐射亮度,发现,当喷口距离等于0.483 m时,在波数1700 cm-1、2155 cm-1、...     

高速飞行目标尾焰红外辐射特性的建模仿真计算

飞行器目标的尾焰红外辐射特性对目标的红外探测、识别和跟踪具有极其重要的作用。为了分析尾焰的红外辐射特性,首先根据经验公式计算出尾焰的流场分布,然后使用窄带模型计算出谱带的光谱吸收系数和透过率;对于非均匀热气体,考虑到碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,使用C-G谱带传输模型得到飞行器尾焰2~5 μm的红外辐射分布。最后, 计算了不同组分的尾焰红外辐射特性,分析了组分分布和大气传输对尾焰红外辐射特性的影响,为探测波段的选择提供了参考依据。     

基于红外测温的柴油机排气温度不均匀度诊断

设计了柴油机排气红外监测试验台,利用红外热像仪在不同运行工况下测量6135柴油机歧管表面温度,得到了由排气管表面温度确定柴油机排烟气体温度的计算方法。分析了各缸排气歧管表面温度不均匀度与排烟温度不均匀度的关系,研究了表面发射率随温度变化的关系,验证了红外监测技术在柴油机排气不均匀度诊断和预测上的可行性和有效性。     

轨控推进器喷管对尾焰红外辐射的影响研究

针对关于卫星推进器尾焰的红外特性研究较少的现状,对某双组元轨控推进器尾焰的红外辐射进行数值模拟.采用贴体坐标系下的有限体积法,联合求解较复杂形状的喷管扩张段和尾焰的辐射传递方程,得到尾焰的光谱和3～5μm的波段辐射强度.为精确计算尾焰的红外辐射,全面评估了喷管扩张段的辐射对后端尾焰红外辐射的影响.通过对比分析,当天顶角θ＝7π/16时,距离喷口的位置越近,尾焰辐射受到扩张段的影响越剧烈;若扩张段内壁的发射率减小,尾焰在θ＝7π/16方向上的波段辐射强度则会变小;喷口近处的尾焰,在扩张段辐射影响下,计算得到的波段辐射强度数值远大于忽略扩张段的影响下得到的数值.得出结论:在考虑喷管扩张段辐射的影响下,能够很好地改善轨控推进器尾焰红外辐射的计算准确性.     

NSM反舰导弹的红外辐射特性研究

从舰载防空导弹研制的实际需求出发,深入研究了低空来袭的海军攻击导弹(Naval Strike Missile, NSM)的红外辐射特性,并建立了NSM反舰导弹物理模型。用ICEM软件对NSM反舰导弹模型进行了网格划分,然后通过CFD软件仿真得到了NSM反舰导弹的温度和红外辐射亮度分布。最后采用反向蒙特卡洛法分析和计算了不同探测角度下NSM反舰导弹的红外辐射强度,为舰载防空导弹不同角度下拦截能力的评估提供了支撑。