发射率对飞机蒙皮温度及红外辐射特性的影响

建立了某型飞机的简化几何模型,并设置了飞机的飞行航迹。综合考虑了太阳辐射、地球辐射、大气辐射和气动加热的多种因素,结合飞机蒙皮材料物理特性,针对涂覆三种不同发射率的隐身涂层蒙皮建立了导热物理模型,采用一维导热方程计算了飞机在12:00~12:45时间段飞行时不同发射率的蒙皮表面的温度分布。最后综合考虑了环境辐射的影响,分别对具有不同发射率的飞机蒙皮3~5 m和8~14 m两个波段的红外辐射强度进行了数值计算。结果表明:随着蒙皮发射率的减小,在一定程度上能降低蒙皮在8~14 m波段的红外辐射强度,但是因环境因素的影响,仅仅通过降低蒙皮发射率,飞机红外隐身的效果并不理想。     

复杂环境背景下典型飞行器表面红外反射特性研究

飞机蒙皮对于背景辐射的反射可以作为红外目标识别的辐射源,但背景辐射通常来源于太阳辐射和地面背景辐射等辐射的综合作用,其复杂性和多变性也可能使飞机的红外反射辐射严重干扰红外制导的准确性,因此,研究复杂环境背景下的飞机蒙皮红外反射特性对于红外目标识别和红外导弹制导等应用具有重要意义。本文基于Schlick双向反射分布函数(BRDF)模型,结合有限元方法,利用反向蒙特卡洛法计算辐射遮挡因子,在MODTRAN软件环境下计算大气光谱透过率,针对不同条件下的飞机红外反射辐射特性进行研究。结果表明,不同探测角度和探测波段对飞机红外反射特性具有很大影响,且飞机蒙皮的反射辐射具有分布非均一性特点。     

无人机蒙皮红外辐射特征研究

以典型飞翼布局无人机为研究对象,采用流场计算商业软件和自主开发红外计算软件相结合的形式,利用离散传递法计算了全机在8～14 m波段红外辐射强度分布。在红外计算过程中,考虑了发动机固体壁面的发射和反射,飞机蒙皮的发射,燃气内CO2、H2O和CO吸收与发射作用。结果表明:马赫数是影响其8～14 m波段红外辐射特征的重要因素之一;通过冷却、隔热等措施降低后机身发动机热影响区蒙皮的温度或者在机身蒙皮上涂敷低红外发射率材料可以明显降低飞机在8～14 m波段的红外辐射特征,该研究为未来飞行器红外隐身设计提供了参考。     

基于小波神经网络的红外光谱发射率计算方法

红外光谱发射率是战机蒙皮重要的红外隐身参数之一,为消除大气等外界因素对红外辐射特性测试结果的干扰,建立一种基于小波神经网络的目标红外辐射亮度模型,利用这种模型对测试样本进行网络训练,建立3~5 μm 和8~12 μm 波段红外辐射亮度模型,进而计算不同波长下目标的光谱发射率。通过与标准黑体对比,验证所建小波神经网络模型的光谱发射率与黑体实际的光谱发射率相比,最大相对误差约为2%,并将该方法应用于飞机蒙皮的光谱发射率计算。     

某型涡扇发动机红外抑制方案数值研究

建立了带有波瓣混合器、加力燃烧室及中心锥的涡扇发动排气系统流场计算模型和3~5 m波段红外辐射特性仿真模型,并通过发动机地面辐射特性测试对计算模型进行验证。对降低壁面发射率、部件冷却及两种方案结合三种红外辐射抑制方案开展研究。结果表明:降低壁面发射率能抑制除90外所有方向的红外辐射;在0时,发射率每降低0.15,全部涂覆的抑制效果提高约16%;局部涂覆的抑制效果提高约14%;中心锥温度降低300 K,0~15的辐射抑制幅度达44%;喷管扩散段温度每降低25 K,在50方向能产生8%的抑制效果;当两种方案结合时,在0~5能够产生80%的抑制效果。在10~40产生50%的抑制效果。随着探测角进一步增大,固体辐射所占比例下降,抑制效果降低。     

长航时UAV蒙皮红外辐射强度的工程计算

无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）蒙皮的红外辐射特性是对UAV进行探测识别的重要依据,而UAV蒙皮的气动力加热、太阳辐射换热、地球辐射换热等是影响UAV蒙皮辐射特性的主要因素。在综合考虑了环境以及UAV自身辐射的情况下,建立了UAV蒙皮红外辐射的计算模型,采用向前差分法求出了UAV蒙皮的一维导热微分方程,并在此基础上,结合UAV蒙皮材料的发射率,计算了在某一平面上UAV红外辐射强度的分布情况。计算结果表明:蒙皮在8~14 m波段处红外辐射强度远大于3~5 m波段的红外辐射强度;相同波段处,蒙皮正上方的辐射强度大于正下方的辐射强度。     

星载红外探测对比度的计算与分析

推导了星载红外探测在地面、大气双背景下探测器处的辐射照度对比度计算公式,计算了目标在不同温度、不同高度的目标与背景的绝对对比度和相对对比度。分析指出:随着目标温度、高度增加,在波长大于2.5 m 区域绝对对比度与相对对比度相应增大,目标高度越高,同等距离下对比度随目标高度的变化越小;波长小于2.5 m 需考虑太阳的影响;当目标在0 km 高度时,2.9~4.1 m 波段为最佳探测波段,随着目标高度的增加,可用探测波段范围增大,峰值波长向短波方向微移,当目标高度大于10 km 时,相对对比度峰值在2.6~2.8 m 之间;距离地面越近,大气对红外辐射的衰减越大。     

沙漠背景下导弹红外辐射特性分析

详细分析计算了沙漠环境中,能够对导弹红外辐射特性产生影响的太阳、云层、大气、沙漠地表以及沙尘等的辐射强度情况,重点研究了沙漠地表沙物质组成及沙尘环境对地表辐射强度的影响,并建立了导弹的蒙皮、尾喷口和尾焰的红外辐射强度计算模型,分析了在不同探测距离下,导弹在各红外波段的辐射强度随探测角度的变化情况,对计算结果进行分析并得出结论,尾焰是导弹最主要红外辐射源,且辐射主要集中在3~5?m波段,蒙皮辐射主要集中在8~12?m波段,随着探测距离的增加,到导弹的红外辐射特性衰减加剧。     

蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究(一):方法

基于CFD计算得到的流场、温度场结果和Modtran计算得到了环境辐射数据,建立了典型背景下的飞行器红外辐射特征计算模型。计算中考虑了波段、季节、发射率和双向反射函数等因素。通过地面试验数据,对计算方法进行了验证,计算值与试验数据吻合较好。该模型为更准确地分析飞行器的红外辐射特征,以及更合理地评价红外抑制措施的抑制效果提供了方法和工具。     

高速飞机红外成像特性数值模拟研究

文中建立了高速飞机红外特性的物理模型，在考虑收音机内部传热、气动加热和太阳、天空、地面等背景辐射、以及大气衰减的基础上计算理得出了飞机8-14μm波段的辐射特性。分析对比了不同飞行速度、不同探测路径等条件下飞机的辐射特性，并进一步利用计算结果生成了模拟的红外图像。     

固定翼飞机地面红外辐射特征测量及分析

固定翼飞机的红外辐射特征研究具有重要意义。利用MODTRAN软件计算大气透过率和程辐射,用8~14?m长波红外测量设备对固定翼飞机进行了红外辐射测量。测量结果表明,地面滑跑阶段固定翼飞机机头、机身、尾翼部分辐射亮度基本接近,且各个方向辐射亮度基本一致;尾喷管附近蒙皮辐射亮度远高于机身辐射亮度;尾焰辐射亮度具有方向性,后向辐射最强。     

基于MODIS红外通道的辐射传输计算

通过建立地气系统的红外辐射传输方程,基于MODIS红外通道进行辐射传输计算.利用快速精确的透过率模型PFAAST计算大气透过率,在红外辐射传输计算中考虑了地面反射大气辐射亮度的影响,指出地面反射大气辐射亮度在整个方程所占比重随着地表发射率变小而增加,其中MODIS第33通道对发射率的改变最为敏感,美国标准大气下,当发射率ε=0.65时,比重达到7.12%,因此,忽略地面反射大气辐射亮度,直接影响红外辐射传输计算的准确性.模拟了MODIS各红外通道辐射亮度,并与MODTRAN4.0模拟结果比较,相对误差不超过0.12%,模拟了大气倾斜路径对卫星红外通道观测亮温的影响.     

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面,无法使用现有对比度计算公式计算的实际,基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算,并与报道的飞机红外辐射数据比较,应用对比度计算公式做分析可知:大气背景对探测的影响是必须考虑的;在3~5m大气窗口的大气背景辐射很小,选择3~5m大气窗口探测更容易发现目标;在8~12m大气窗口内10m附近的大气背景辐射较强,目标不易被探测。随着探测距离增加,探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小,它会增大对比度,这是分析探测距离不可忽视的一个因素。     

天空背景红外辐射亮度测量及其对目标探测的影响分析

天空背景的红外辐射特征对目标侦察探测具有重要意义。利用3μm~5μm中波、8μm~12μm长波红外测量设备对天空背景红外辐射亮度进行了测量,长波波段辐射亮度在3.7~13.6 W?m-2?sr-1,中波波段辐射亮度在0.05~0.48 W?m-2?sr-1,相同条件长波辐射亮度高于中波辐射亮度1~2个数量级;随着观测角增大,天空背景辐射亮度显著降低,同时太阳辐射、大气温度等因素也对天空背景辐射有较大的影响。利用测量结果仿真分析了天空背景辐射对目标侦察探测距离的影响,结果表明当观测角由9.6°降低到1.9°时,红外搜索跟踪系统探测距离会减少41.5%~46.2%。     

视线方向上飞机红外特性及大气衰减模型研究

对飞机目标3个辐射源蒙皮、尾焰及尾喷管进行了深入分析,建立了视线方向飞机红外辐射计算模型,并综合考虑大气衰减的主要因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,给出了一种大气透过率的计算方法.最后以3～5μm波段为例,计算了某飞机的红外辐射强度、大气透过率和经过衰减后的飞机红外辐射强度.     

波瓣喷管红外抑制器红外辐射特性的数值研究

对具有不同尾缘形状的两种波瓣喷管红外抑制器的红外辐射特性进行数值研究。在流场计算结果的基础上,计算了不同探测方位角下,两种红外抑制器在3~5?m波段的红外辐射亮度和点源探测功率,对两种红外抑制器的红外隐身性能进行评估。研究结果表明,交变波瓣喷管的引射掺混性能较普通波瓣喷管好,明显降低了混合管壁面和尾焰气体的温度;在相同探测条件下,交变波瓣喷管红外抑制器在3~5?m波段的红外抑制效果优于普通波瓣喷管红外抑制器,前者比于后者,最大可分别降低固体壁面和尾焰气体探测功率15.7%和13.3%,整体探测功率降低14.5%,有利于红外隐身性能的提高。结果还显示,固体壁面辐射约占红外抑制器整体辐射的80%。因此,对红外抑制器进行优化时,应能有效降低固体壁面辐射。     

地面目标与背景的红外辐射对比度特性

红外系统对处于地面背景中的目标探测,很大程度上取决于目标本身与周围背景之间的红外辐射特征差异,即两者之间的辐射对比度。简要讨论了辐射对比度与目标发射率及目标背景温差的关系。分析了影响地面建筑物及水泥地面温度的各种因素,建立了基于一维有限差分法的计算温度的模型并利用MATLAB得以实现。计算了目标与背景在8~14 ?滋m波段上的红外辐射对比度。结果表明在不同情况下同一目标与背景的红外辐射对比度变化较大,不同方位墙面与背景的对比度具有不同的变化趋势。     

飞机整机蒙皮自身红外辐射特性建模与分析

针对飞机整机蒙皮自身辐射特性计算的问题提出一个方法,通过对飞机三维图像建立网格、划分面元,对面元进行可视性判断及空间遮挡判断,建立求解飞机表面复杂几何外形的红外辐射模型。研究了发射率为0.7、0.8、0.9、1.0及马赫数为1.2、1.4、1.6条件下整机表面前向水平面和侧向垂直平面内的长波红外辐射强度分布,比较了飞机主要部件在观测方向上红外辐射强度所占的比重。结果表明蒙皮表面发射率与各观测方向的红外辐射强度在8～12μm波段内呈线性关系,飞行状态改变引起蒙皮温度的变化对红外辐射强度有明显影响。飞机各部件中,机身、垂尾、机头在前向观测方向上辐射强度占比重较大,机身、机翼、垂尾在正侧向观测方向上辐射强度占比重较大。计算结果对飞机红外隐身设计具有一定的指导意义。     

短波红外吸收带林火与背景辐射亮度比较分析

对于短波红外吸收带图像高温目标特征的研究有利于提高红外目标的识别率。短波红外吸收通道可探测的地面高温目标辐射特征除了与目标温度有关,还受到大气参数状况、遥感器参数设置等影响。采用仿真分析方法,较为系统地获得了不同大气条件下林火目标与地面背景辐射数据,分析了二者的特征差异,并仿真分析了波段带宽设置对仪器接收到的辐射能量的影响。研究表明仪器带宽设置对高温目标的探测信噪比起决定作用,其次,大气模式设置不同,在短波红外水体吸收通道,林火与背景的辐射亮度特征差异显著不同。地面背景入瞳处总辐射在4.3 um附近吸收带主要受程辐射影响,在2.7 um附近吸收带主要受水汽含量影响。     

远程迎头探测飞机目标的红外辐射特性研究

研究了远程迎头探测飞机目标的红外辐射特性。分别介绍了飞机迎头的主要红外辐射源,飞机红外辐射特性的计算流程,以及红外光电系统入瞳接收到的蒙皮红外辐射能通量的计算模型,最后对远程探测水平路径大气透过率和飞机目标红外辐射强度进行仿真计算。