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。     

蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究(二): 应用

采用典型背景下的飞行器红外辐射特征计算模型, 研究了蒙皮反射太阳、大气和地面等背景辐射对亚声速飞机总的红外特征的影响。计算分析了背景辐射对降低发射率的红外抑制效果的影响。结果表明: 太阳辐射对飞机前向探测区域3~5 m波段的红外辐射强度影响最大, 大气和地面辐射对飞机前向和侧向探测区域8~14 m波段的红外辐射影响更明显;探测方位、季节不同, 影响程度也不同;蒙皮反射的背景红外辐射使得降低发射率措施的红外抑制效果降低甚至失效。     

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。     

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。     

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。     

太阳辐射对直升机整机红外辐射特性影响的数值研究EI北大核心CSCD

太阳辐射对飞行中的直升机局部蒙皮有加热作用,从而改变整机红外辐射的分布特征。构建了包含直升机机身蒙皮、主旋翼、发动机机匣以及排气系统的物理模型,综合考虑发动机机匣、排气系统与发动机舱蒙皮的换热,耦合直升机前飞来流、旋翼下洗气流、尾桨气流,以时刻、季节、直升机朝向为变量,计算分析太阳辐射对直升机8~14μm波段红外辐射特性的作用规律。计算结果表明:夏季正午太阳直射可使机身向阳面整体升温20 K以上,局部最高可达25 K。直升机向阳面机身蒙皮8~14μm波段红外辐射强度在全天变化趋势呈山峰状,其峰值出现在12点前后。越靠近机身顶部向阳面,太阳辐射对8~14μm波段红外辐射强度增强作用越显著,最高可达25%。以冬季为基准,秋分、春分、夏至时的整机红外辐射分别增加7%、11%、21%左右。除夏季外,其他季节的机身两侧8~14μm波段红外辐射强度分布都呈现不对称性,春、秋两季两侧相差在5%左右,冬季在6.5%左右。整体上,夏季上午10点的太阳辐射对不同飞行方向的直升机8~14μm波段红外辐射强度分布影响较小。     

飞行器8~14μm波段红外特征的数值研究

在飞行器机身表面的温度场建模中综合考虑了超音速飞行气动加热、发动机舱内部流动换热,以及排气喷流对飞行器后体的传热等影响, 采用数值计算的方法对飞行器8~14m波段的蒙皮及发动机壁面红外辐射特征进行了研究,分析了飞行器机头、机身（含进气道）、机翼、发动机舱（含飞行器后体）、垂直尾翼、水平尾翼和发动机喷管腔体等部位的红外辐射。结果表明:蒙皮辐射是飞行器8~14m波段红外辐射的主要组成部分,发动机壁面红外辐射主要集中在飞行器尾向50范围内;在不同的观测平面,飞行器不同部位对整机8~14m波段的红外辐射贡献比例各有侧重,飞行器机身、机翼、发动机舱和垂直尾翼是飞行器8~14m波段红外辐射的主要部分;飞行马赫数提高将加剧机身气动加热效果,飞行机不同部位所占的红外辐射比例将有所改变。     

旋翼气动加热对直升机红外特征分布的影响

文中采用数值模拟的方法较为系统地研究了旋翼表面温度分布及其对直升机红外辐射特征分布的影响。结果表明:（1）旋翼桨叶上自旋翼转轴到翼尖温度分布呈依次递增的趋势,最高温度值为316K,高出环境温度29 K;遮挡罩表面最高温度值为317 K,高出环境温度30 K;（2） 探测角度一定时,旋翼红外辐射强度随时间上下波动, 旋翼在3～5 m 和8~14 m 波段红外辐射强度随时间的变化趋势基本一致;（3） 旋翼气动加热后3～5 m 波段和8~14 m 波段红外辐射强度值的增量占整机固体对应波段总的红外辐射强度的比重分别为15%～16%、5%～6%;（4）同一发射率下,气动加热的旋翼8~14 m 波段红外辐射强度远大于3～5 m 波段,约为3～5 m 波段辐射强度的30 倍,其8~14 m 波段红外辐射强度约占整机固体8~14 m 波段红外辐射强度的30%~40%, 但降低旋翼表面发射率能有效降低旋翼8~14 m 波段红外辐射强度,同时也能降低旋翼辐射占整机辐射的比重。     

飞行器蒙皮红外辐射特征的反向蒙特卡罗计算与分析方法

建立了飞行器蒙皮红外辐射特征计算的理论模型,较为完整地考虑了各种热源对蒙皮温度的作用,包括气动加热、发动机热部件以及各部分的传导、对流和辐射.利用反向蒙特卡罗(RMC)法,并结合表面的多重遮挡算法,计算了飞行器复杂几何外形之间的辐射特性,分析了飞行器表面在8～14 μm空间特定方向上的红外辐射特征.结果表明:飞行器马赫数是影响其8～14μm红外辐射特征的重要因素之一,在超音速飞行状态下,气动加热对红外辐射特征的影响比亚音速的大;减小蒙皮表面发射率降低了它的红外辐射强度.该方法可为飞行器表面红外辐射特征计算提供参考.     

太阳辐射对直升机整机红外辐射特性影响的数值研究

太阳辐射对飞行中的直升机局部蒙皮有加热作用，从而改变整机红外辐射的分布特征。构建了包含直升机机身蒙皮、主旋翼、发动机机匣以及排气系统的物理模型，综合考虑发动机机匣、排气系统与发动机舱蒙皮的换热，耦合直升机前飞来流、旋翼下洗气流、尾桨气流，以时刻、季节、直升机朝向为变量，计算分析太阳辐射对直升机8～14μm波段红外辐射特性的作用规律。计算结果表明：夏季正午太阳直射可使机身向阳面整体升温20 K以上，局部最高可达25 K。直升机向阳面机身蒙皮8～14μm波段红外辐射强度在全天变化趋势呈山峰状，其峰值出现在12点前后。越靠近机身顶部向阳面，太阳辐射对8～14μm波段红外辐射强度增强作用越显著，最高可达25%。以冬季为基准，秋分、春分、夏至时的整机红外辐射分别增加7%、11%、21%左右。除夏季外，其他季节的机身两侧8～14μm波段红外辐射强度分布都呈现不对称性，春、秋两季两侧相差在5%左右，冬季在6.5%左右。整体上，夏季上午10点的太阳辐射对不同飞行方向的直升机8～14μm波段红外辐射强度分布影响较小。     

EPDM基红外隐身涂层耐热性及使用寿命预测研究

从发射率变化的角度建立了红外隐身涂层失效的评价标准.根据Arrhenius公式研究了涂层寿命的估算方法.采用IR-2型发射率测试仪,测试了低红外发射率EPDM/Cu涂层在不同温度下发射率的变化,得出了涂层的最高耐受温度,并预测了涂层在不同Ma数的飞机蒙皮上的使用寿命.结果表明:涂层的最高耐受温度为523 K;涂层在1 Ma和1.5 Ma的蒙皮上的寿命分别可以达到4.91×103h和3.78×104h.理论计算结果与实验结论比较符合,这表明此预测方法在实际应用中有一定的普遍性,能够比较准确地预测红外隐身涂层的使用寿命.     

太阳翼物性参数对卫星红外特性的影响

针对现有文献在卫星红外特性研究时忽略其物性参数随温度变化对红外特性的影响,首先建立了卫星温度场的理论计算模型;然后利用有限元法进一步推导了卫星太阳翼的物性参数随温度变化时卫星温度场的求解方法;接着建立了卫星红外辐射出射度与红外辐射强度空间分布的计算模型;最后计算分析了太阳翼物性参数随温度变化对自身温度和红外特性以及对卫星整体在3~6 m和6~16 m两个波段红外辐射强度空间分布的影响。文章的研究结果对于提高空间目标红外特性的计算精度以及空间目标的红外探测具有参考价值。     

飞行器红外物理成像仿真优化计算方法

为满足红外成像探测系统研制过程中的高精度仿真图像需求,建立了飞行器红外物理成像辐射传输模型,并采用光线跟踪方法实现辐射亮度图像仿真。针对飞行器蒙皮反射特性与辐射源分布特性的差异,提出了直接光照多重重要性采样蒙皮辐射亮度计算优化方法;针对飞行器尾焰发射能力强、消光能力弱的特点,提出了混合积分尾焰辐射亮度计算优化方法。通过仿真实验对物理成像模型和计算优化方法的正确性与有效性进行了验证,蒙皮辐射计算相对误差优于0.05%,尾焰辐射计算相对误差优于0.1%,相比于传统光线跟踪方法,计算优化方法具有更快的收敛速度和更强的适应性。对隐身飞机进行了红外成像仿真和辐射特性分析,仿真结果表明,红外隐身技术能够降低中波和长波谱段的辐射强度,会增加短波谱段的反射辐射强度。     

飞机红外辐射特性分析与易损性评估

飞机红外辐射特性与易损性评估研究对于提高飞机生存力和隐身技术研究有重要意义。飞机的红外辐射特性可以被用来探测、跟踪和锁定目标。基于红外辐射相关理论,建立了飞机蒙皮、发动机热部件和尾焰红外辐射计算模型。通过计算三大辐射源的红外辐射,分析了飞机的速度、发动机热部件等对飞机红外辐射特征的影响。最后讨论了红外辐射强度和目标易损性的关系。     

飞机红外特征研究

红外成像探测和跟踪技术促使飞机红外隐身技术得到了相应的发展。为了达到飞机隐身的目的,首先应对飞机的红 外特性进行研究。本文分析了影响飞机红外辐射特性的主要因素,并从工程计算与实际应用的需求出发,在以往计算方法的基础 上,通过优化比较,给出了一种计算尾流、尾喷管、蒙皮和蒙皮反射阳光的红外辐射的方法。最后通过计算表明,该方法实用可 靠,符合工程计算与应用的要求。