反坦克导弹蒙皮温度场的数值计算与分析

根据导弹蒙皮温度场气动加热、辐射换热和内部导热耦合作用机理,对导弹蒙皮温度场进行数值计算,分析了飞行速度和环境温度对导弹蒙皮温度的影响关系,建立简化模型模拟了非稳态条件下蒙皮温度变化,并与稳态计算结果比对分析。结果表明:导弹蒙皮温度与导弹马赫数的平方、环境温度有良好的线性关系;环境温度以0.5 K/s速率降低时5s后导弹蒙皮简化模型非稳态计算结果与稳态计算结果有约2.4K的差异。     

海战场环境下超音速反舰导弹红外辐射特性研究

超音速反舰导弹的红外辐射特性研究对海战攻守双方都具有重要的参考价值。对海洋战场环境红外辐射特性进行了深入分析,引入了累积因子,在考虑了粒子的多次散射效应的基础上建立了仿真环境的辐射计算模型,重点对云层的辐射进行了计算,并通过仿真,验证了模型的可行性。建立了导弹蒙皮与尾焰的红外辐射特性和辐射面积的计算模型,对导弹的红外辐射亮度和辐射强度进行了仿真计算。最后对仿真结果进行对比分析,结果表明该算法能够有效地应用于粒子系统的辐射计算,可供后期生成红外图像序列使用。     

利用声波法重建舰船排气温度场及红外辐射强度

为了提高舰船排气红外辐射监测水平,提出了一种基于声波法的排气烟羽温度测量和辐射强度计算方法.利用声速与温度的关系,建立排气温度场声学测量模型,通过声波传感器测量的声波传递时间,重建排气烟羽温度分布.利用该温度分布,通过解算红外辐射模型,获取排气红外辐射强度.通过仿真实例对该方法进行了验证,仿真结果表明:基于声波法的温度场重建方法在5%的测量误差水平内具有良好的重建效果,基本解决了舰船排气温度场和辐射强度实时计算的数学模型问题,为进一步开展舰船红外辐射实时监测技术的实船应用奠定了基础.     

平飞时内埋导弹弹射分离仿真与研究

利用应用计算流体动力学软件FLUENT的二次开发功能和RNG k-ε湍流模型建立了载机投弹流场数值模拟和弹道仿真相结合的仿真模型。运用动网格技术更新导弹与载机发生相对运动而导致的计算域变化。将整个流场的解与六自由度运动方程的解进行耦合,模拟计算了超音速条件下内埋导弹与载机分离的过程。结果表明,气动干扰对弹的纵向运动影响非常大,随着马赫数的增加,仿真结束时导弹下落距离减小,俯仰角曲线波动幅值增加。     

基于CFD的侧窗喷流热防护技术研究

在红外末制导导弹高速飞行过程中,侧窗与大气产生剧烈摩擦,引起气动加热效应。随着导弹速度的提高,气动加热对探测性能的负面影响越来越明显。针对这一问题,对超音速导弹导引头平板侧窗的喷流技术的进行了理论建模;采用计算流体动力学(CFD)仿真的方法,分析了侧窗外表面的气动热流场变化;探讨了通过对侧窗外表面进行喷流的措施改变温度场分布的技术。研究结果表明:该技术能够有效地降低侧窗气动热影响,抑制红外成像热背景干扰,提升了导引头在高速飞行过程中的探测性能。     

光纤陀螺光纤环温度瞬态效应的模拟仿真

对光纤陀螺(FOG)中的光纤环建立了三维柱坐标模型,通过ANSYS Workbench软件,结合实际检测到的光纤环温度,采用有限元分析法对光纤环在各种温度条件下的内部温度场分布进行了模拟仿真,得到光纤环中各层、各圈的时间-温度变化曲线;利用光纤环中温度场分布的仿真结果,及温度瞬态效应相关的热致非互易相位变化理论,编写相关算法,计算出光纤环由温度变化带来的温度漂移;将模拟仿真的温度漂移与陀螺实际输出进行对比,验证了所有模拟仿真工作的正确性,从而对绕环工艺起到理论指导的作用。     

某雷达密闭控制柜散热特性的数值模拟研究

为了获得控制柜内外温度场分布,利用专用电子设备热设计软件Flotherm,采用有限容积法对电子设备温度场进行了数值分析,建立了温度场求解方程,分析了电子设备整体热源并建立了网络传热模型,建立了控制柜在多种工作环境条件下的数值仿真计算模型。利用该方法对控制柜进行仿真,获得了控制柜在不同工作环境下全功率工作时的稳态温度场分布,分析了相关因素的影响,为控制柜的进一步设计及相关研究提供了重要依据。     

导弹尾焰流场特性建模与仿真

导弹尾焰流场计算为尾焰红外辐射场计算提供基础数据。基于导弹尾焰流场的形成机理研究,根据燃烧理论、流体力学、气体动力学,考虑燃烧室内的燃烧化学反应建立尾焰流场计算的参数模型,结合Gambit 和Fluent 仿真软件计算获得速度、温度和压力等流场参数。在Fluent 中进行了2 000 次以上的迭代仿真运算得到了迭代残差小于1e-5的计算结果。速度场和压力场经对比分析均符合实际情况,温度场的计算误差为2%。结果表明:该计算方法可以客观描述尾焰流场的主要特征,快速仿真获得特定条件下的流场数据,为导弹尾焰红外特性的计算提供输入参数,提高尾焰的计算精度、节省尾焰的仿真时间。     

飞机红外辐射计算及图像仿真

针对红外对抗与空战仿真的研究需要,对空中飞机红外图像的生成方法进行研究。从红外探测器的成像机理出发,建立了一种空中飞机红外成像仿真模型。首先分别建立机体与尾焰流场计算域的几何模型,并通过Fluent软件计算得到机体与尾焰的温度场,计算中重点考虑了外部热环境与舱内传热对机体温度场的影响;然后建立视线方程与亮度矩阵,计算探测器每个像素点接收的红外辐射亮度大小,经过灰度量化将辐射亮度值转化成灰度级别;最后通过VC++与OpenGL编程生成了飞机的红外灰度图像,并对比分析了不同波段、不同方位下飞机红外图像及红外辐射强度的差异。研究成果可为红外成像导弹的目标识别研究提供目标源。     

目标与背景的红外辐射特性研究及应用

建立了目标与背景红外辐射特性的理论模型，利用理论模型对目标与背景的红外辐射特征进行了分析计算，生成了目标与背景的红外热图像，实现了对某型号导弹打击目标的弹目交汇过程仿真实验。     

印度烈火-Ⅱ导弹助推段和再入段红外辐射特性计算研究

弹道导弹发射阶段发动机尾焰中的H₂O、CO₂等大量高温气体组分和弹头再入段高温气体流场以及受气动加热的本体均产生强烈的红外辐射,是红外预警、跟踪、制导的重要信号。针对印度烈火-Ⅱ导弹,开展其助推段和再入段的辐射特性计算分析。从窄带辐射模型出发,考虑流场中重要气体组分的红外辐射机制,建立高温气体组分光谱参数的计算方法,发展了目标红外辐射特性计算软件。根据助推段火箭发动机尾焰流场和再入段流场的数值模拟的物理化学参数,利用所发展的辐射计算软件,计算分析了烈火-Ⅱ导弹助推段和再入段典型状态的红外辐射特性,可以为针对烈火导弹的预警、反导提供参考。     

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.     

外形包络面的尾焰红外图像仿真

基于粒子系统的尾焰红外图像仿真计算量大,难以与红外辐射的计算模型相结合。为了解决这个问题,首先提出了基于化学反应式的航空发动机尾焰气体组分计算模型,改进现有的尾焰流场工程计算方法;然后提出了基于外形包络面的尾焰红外图像仿真模型,研究了包络面的建立、包络面模型与流场计算模型以及气体辐射计算模型的结合、包络面模型对尾焰红外图像影响三个相关问题;最后通过数值仿真得到了尾焰的红外图像。结果表明:尾焰的红外图像主要由其核心区的高温气体决定;当包络范围增大到一定程度后,尾焰图像与选用的包络面的外形无关;选择一个易于划分面元的包络面模型,并划定能全面反映尾焰辐射分布特征的小包络面范围,可使尾焰图像的生成更加高效准确。     

飞行器尾焰红外辐射及其被动测距

旨在研究利用飞行器的尾焰辐射对飞行器进行被动测距。导弹和飞机发动机的排气系统是飞机在3~5 m波段的主要红外辐射源。建模计算了矩形喷管尾焰红外辐射特性,计算结果表明,不管观察方向如何,尾焰红外辐射强度色比是相同的。当辐射强度色比在大气中传输时,因为吸收和散射而被衰减,不同波长上红外辐射衰减幅度不同,辐射强度色比随着传输距离的改变而发生变化,色比包含了目标的距离信息。推导了目标尾焰色比与尾焰温度、辐射传输距离、大气消光系数之间的关系。计算了尾焰色比与尾焰温度的关系,推导出了红外三色比距离方程组,选取4.5、4.6、4.7 m三个波长对三色被动测距进行了研究。利用测距方程组画出了测距图。结果表明,利用该方法可对尾焰进行三色测距。     

宽带k分布模型计算液体火箭尾焰辐射信号

快速计算火箭尾焰辐射信号对导弹的识别和跟踪具有重要意义。先利用工程经验公式计算得到尾焰的流场,采用宽带k分布模型计算液体火箭尾焰的辐射信号,并与逐线计算基准解比较,发现宽带k分布模型在探测器工作光谱区域内的相对计算误差基本都小于10 %。利用该模型研究飞行参数对尾焰辐射信号的影响,计算结果表明:喷管出口温度、马赫数、非计算度增大,液体火箭尾焰的辐射强度增大;海拔高度升高,不同探测器工作光谱区域尾焰辐射强度变化趋势有所不同。     

导弹主动段天基紫外探测像面照度建模与仿真

分析了导弹尾焰紫外辐射原理和能量传递方程,结合导弹主动段运动方程,建立了尾焰紫外辐射模型。考虑大气透过率和地球背景亮度的影响,得到导弹主动段尾焰紫外辐射与探测器像面辐照度关系。基于SBIRS-GEO 预警卫星的探测仿真,比较了不同探测波段下高、低弹道尾焰紫外辐射的像面辐照度变化。结果表明:紫外辐射在大气中的传输特性是影响像面辐照度变化的主要因素;相比于300~400 nm 波段,200~300 nm 波段可以提早发现目标、降低发现高度,更适宜作为探测波段。     

On the Response of a Missile with Exhaust Trail of Tapered Conductivity to a Plane Wave Electromagnetic Field

The current distribution along and scattering cross section of a missile with plume (ionized trail) is found, using numerical techniques when the conductivity of the plume tapers with increasing distance from the exhaust nozzles. In the theory no restrictions are imposed on the length of either the missile or plume, and the variation of conductivity along the entire scattering obstacle may be arbitrary. A model of cylindrical geometry is assumed. Curves for the current distribution along the missile and its ionized trial are presented for several missile and plume lengths at selected frequencies. A table is provided for the scattering cross sections.     

基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。