矩形喷管外尾焰红外辐射特性的数值计算

为了掌握矩形喷管外尾焰的红外辐射光谱特性和强度分布,建立了矩形喷管的几何模型,采用Fluent6. 3 软件对矩形喷管外三维流场进行数值模拟,得到尾焰流场的温度、压强和密度等数据,并根据尾焰的特点确立红外辐射核心计算区域。采用洛伦兹线型的统计窄带模型,求出尾焰在某一窄带的平均吸收系数;采用有限体积法求解了气体介质中辐射传输方程;计算得到了矩形喷管外尾焰的红外辐射光谱特性与在3 ~5 滋m 波段的总强度分布。结果表明:矩形喷管外尾焰为扁平状,其宽边对称面内的红外辐射强度大于窄边对称面内的红外辐射强度,并且尾焰辐射在2. 7 滋m 和4. 3 滋m 处出现了2 个辐射峰。     

多喷管液体火箭动力系统尾焰辐射特性研究

为研究多喷管液体火箭动力系统尾焰辐射特性,以液氢/液氧和液氧/煤油发动机组成的多喷管动力系统为模型,采用CFD技术对尾焰流场进行计算,利用气体辐射传输方程和大气透过率计算模型对尾焰辐射特性进行计算,结果表明:复燃反应主要发生在尾焰的边界与空气掺混区域,导致尾焰的辐射特性增强;随着飞行高度及观测角的增加,尾焰辐射特性逐渐增强;可视化计算可以有效捕捉到尾焰流场的结构。     

复燃对氢氧火箭发动机尾焰流场及辐射特性影响数值研究

为深入研究复燃对氢氧火箭发动机尾焰流场及辐射特性的影响,以氢氧发动机喉部截面参数为入口条件,采用耦合Realizable k-ε湍流模型的三维N-S方程,考虑尾焰复燃反应影响,利用PISO算法求解得到尾焰流场参数。在此基础上,通过气体辐射传输方程和大气透过率计算模型SLG对尾焰辐射特性进行计算,对比复燃反应对尾焰流场及其辐射特性的影响。结果表明,复燃反应对氢氧发动机尾焰流场计算影响较大,使温度场以及燃烧产物的质量分数大幅增加,从而导致尾焰的辐射特性增强,因而在氢氧发动机尾焰流场和辐射计算中,考虑复燃反应是极为必要的。     

火箭发动机尾焰红外辐射特性的数值模拟

建立火箭发动机尾焰红外辐射传输的有限体积离散模型,采用逐线积分方法计算气体光谱吸收系数,计算不同组分的尾焰红外辐射特性,得到组分分布对液体火箭发动机尾焰红外辐射特性的影响规律.     

液体火箭发动机尾焰红外辐射计算方法

针对液体火箭发动机尾焰红外辐射传输方程计算方法、气体辐射参数计算方法以及发动机尾焰红外辐射一体化数值计算研究进行归纳总结。提出发展适用性更广的尾焰红外辐射传输方程计算方法,建立气体光谱数据库及加快开展高精度的尾焰一体化计算研究。     

基于有限体积法的液体火箭发动机燃气红外特性仿真

运用有限体积法对某轨姿控发动机典型工况燃气流场红外辐射特性进行仿真计算。首先通过Fluent软件对发动机典型工况燃气流场进行计算,再利用最新的光谱数据库对主要辐射组分吸收系数进行计算,最后对燃气红外辐射特性进行计算;重点分析不同波长、不同天顶角、不同波段下燃气红外辐射强度分布规律。研究结果表明:所提计算方法可靠,红外特性计算结果准确,有利于掌握液体火箭发动机红外辐射特性计算和分析方法。     

双机并联氢氧火箭发动机尾焰流场特性三维数值仿真研究

以氢氧火箭发动机为模型,采用耦合可实现k-ε湍流模型的N-S方程,对发动机在地面发射阶段双机并联工作状态下的尾焰流场进行数值仿真研究,得到尾焰流场的各项参数分布及其变化规律,与理论分析结果对比,证明了算法的有效性和正确性,为开展多台发动机并联工作下尾焰的撞击和辐射特性等研究奠定了基础。     

偏二甲肼/四氧化二氮火箭发动机尾焰流场特性三维仿真研究

以偏二甲肼/四氧化二氮（UDMH/NTO）火箭发动机为研究对象,采用κ-ε湍流模型,运用PISO算法分别对发动机内流-场和尾焰流场进行三维仿真。采用相同方法计算液氢/液氧（LH2/LOX）火箭发动机尾焰,仿真结果和试验结果吻合得较好,证明了计算模型的正确性与有效性;同时对比分析了UDMH/NTO发动机与LH2/LOX发动机尾焰流场特性。结果表明,两者具有相似的温度和马赫数变化趋势,但是UDMH/NTO发动机尾焰核心区温度相对较低,而LH2/LOX发动机尾焰将更快衰减至亚声速射流。     

缩比火箭发动机尾焰等离子特性研究

为研究缩比火箭发动机尾焰等离子体特性，分析尾焰弱电离气体流场结构与电磁特性的相关性，基于被动自发光谱与朗缪尔探针开展试验研究，重点给出缩比火箭发动机紫外到近红外波段自发光谱，尾焰离子、电子密度和电导率的时域、频域以及空间概率分布特性。被动自发光谱试验结果表明火箭发动机尾焰流场自发辐射光谱存在588nm、619nm、669nm、765nm的光谱特征峰，分别对应Na、Fe、Al、C元素。其中碱金属Na、Fe、Al元素对电导率有突出贡献，Na元素主要来自于大气中的含盐组分，Fe和Al碱金属元素可能来源于推进剂燃烧或者合金结构材料；朗缪尔双探针和三探针试验结果表明，朗缪尔双探针测量电导率与计算电导率数量级相同，约为10^-4～10^-3S/m，朗缪尔三探针测量电导率低于计算电导率数量级，约为10^-5～10^-4S/m；沿发动机轴向，两种探针的电导率均呈指数规律衰减且离子密度概率密度空间分布存在显著差异；探针电流频谱存在50Hz低频主峰和2000Hz、20000Hz高频主峰。     

某型液体火箭发动机喷注参数与尾焰红外图像特征研究

为了通过某型液体火箭发动机尾焰红外特征监测推力室喷嘴雾化状态,采用多学科仿真技术,耦合蒸发、燃烧和传热过程,建立了三维非稳态推力室蒸发-燃烧-尾焰场一体化仿真模型;采用尾焰图像识别方法,开展液体火箭发动机喷注参数与尾焰红外图像特征之间关系的研究。对比热试车尾焰红外图像特性表明,仿真模拟结果准确可靠。     

海天背景红外辐射特性研究

在红外波段,背景的辐射特性直接影响红外武器对目标的探测和识别能力,文章就海天背景辐射特性进行了分析和讨论,并用Modtran大气传输模型软件计算了不同天顶角和不同观测高度时海天背景辐射亮度。     

基于信杂比的高超声速飞行器红外探测谱段分析

以典型吸气巡航式和助推滑翔式两类高超声速飞行器为研究对象,采用纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程和流固耦合模型计算流场分布,采用逆向蒙特卡罗方法计算高超声速飞行器本体光谱辐射特性;进一步考虑探测场景中的海面背景和临边大气背景辐射特性以及大气传输特性,基于探测信杂比分析高超声速飞行器的最优红外探测谱段。分析结果表明:在采用对地模式探测吸气巡航式高超声速飞行器时,建议选择(2.5~3.1)μm、(4.2~4.4)μm、(5.2~7.8)μm 谱段;在采用临边模式探测吸气巡航式高超声速飞行器时,建议选择(3~5)μm 谱段;在采用对地模式探测助推滑翔式高超声速飞行器时,建议选择(2.5~3.2)μm、(4.2~4.6)μm、(5.4~7.5)μm 谱段;在采用临边模式探测助推滑翔式高超声速飞行器时,建议选择(2.7~5.0)μm 谱段。     

应用时域有限差分法分析火箭尾焰对测控信号的影响

建立了基于时域有限差分法的火箭尾焰对测控信号衰减影响研究模型,采用时域有限差分法计算并分析了火箭尾焰对测控信号衰减影响,得到了测控信号入射火箭尾焰时功率分布与衰减特性。     

弹道导弹主动段红外成像特征仿真分析

为降低低轨导弹预警卫星的虚警概率,文中在分析弹道导弹主动段红外辐射特征的基础上,通过建立尾焰的几何特征模型和红外特征模型来描述导弹主动段的红外成像特征,并运用模型计算尾焰的红外辐射分布,构建了导弹尾焰的仿真图像,仿真图像能够准确反映导弹尾焰的红外图像真实情况,为有效识别导弹,提高导弹预警的准确性提供重要参考.     

火箭发动机羽流红外特性研究概述

介绍了国内外火箭发动机羽流红外特性的研究进展及实验研究方法,总结了计算发动机羽流红外特性常用的求解方法及其特点,提出国内应当在辐射模型的完善及与流场计算的耦合度、高空辐射模型的建立、实验数据获取等方面开展更深入的研究工作.     

可见光、红外及毫米波(94GHz)的大气衰减特性

着眼于比较2个红外波段(3～5μm,8～13μm)和94GH_7毫米波段的雨衰减特性,给出了雨的模型实验结果。     

飞机目标红外特性计算与图像仿真

飞机高空高速飞行条件下,红外图像的获取通常较为耗时、费用昂贵,且受不同成像条件的影响严重。为解决这类问题,从分析飞机目标红外辐射特性出发,提出飞机蒙皮、尾喷口及尾焰在不同波段、不同角度下的红外特性计算方法,建立一种飞机红外成像仿真模型。以面向对象技术设计仿真对象、类和人机接口,通过VC软件平台编程生成动态红外图像。在红外制导和火力控制中,仿真图像对目标检测和跟踪研究具有一定参考价值。     

固体火箭尾焰雷达散射截面数值计算

固体火箭含铝复合推进剂含有较多的碱金属杂质,铝与碱金属在推进剂的燃烧过程中发生电离,燃气中存在较多的自由电子,经喷管喷出,形成等离子体尾焰,严重干扰测控信号与箭体之间的信号传输,以4种工况的固体火箭发动机尾焰流场计算结果为基础,建立了尾焰等离子体模型,使用矩量法计算当测控信号电磁波频率小于尾焰等离子体振荡频率时,对应4种工况的火箭雷达散射截面,分析了固体火箭尾焰对不同频率测控信号的干扰影响。结果表明:尾焰的存在增加了目标雷达散射截面,干扰了测控信号的有效传输;随着测控信号电磁波频率的增加,干扰作用减小;随着Al2O3含量增加,干扰作用增加;高空环境相比地面环境,干扰作用减小。     

某型运载火箭单喷管轴对称模型数值模拟

为了研究某型运载火箭发射流场的特征,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术对某型运载火箭飞行5 m工位下的流场进行数值模拟.以3维单喷管发动机为模型,选用标准k-ε湍流模型,同时考虑混合气体,获得发动机尾焰流场,分析尾焰波系结构随时间的变化.计算结果表明:单喷管轴对称模型下的流场各个参数分布、激波系结构与理论分析结果一致,可为后续相关实验测量提供参考和理论依据.     

高超声速球模型及流场光辐射和电磁散射特性测量

为了研究高超声速目标及其流场对目标探测和识别的影响,在弹道靶设备上开展了球模型光辐射和电磁散射特性测量。由二级轻气炮发射模型,模型为15 mm的球,材料为Al₂O₃, 速度范围4.2Symbol~A@6.1 km/s,靶室压力范围2.0Symbol~A@15.4 kPa,光电倍增管探测器分别测量中心波长为254 nm、 365 nm、430 nm的紫外辐射强度和可见光辐射强度,红外InSb探测器分别测量波长为3Symbol~A@5 μm、 8Symbol~A@12 μm的红外辐射强度,X波段单站雷达系统测量在视角为40°的全目标雷达散射截面积（RCS）。实验结果表明：在给定的实验条件下,模型及流场的光辐射强度和电磁散射特性强烈依赖于模型飞行速度和实验压力;模型及流场紫外辐射、可见光辐射主要为头部激波帽辐射,尾迹基本没有紫外辐射、可见光辐射;模型及流场红外辐射主要集中在模型头部区域,尾迹在3Symbol~A@5 μm波段红外辐射明显且持续时间较长,尾迹在8Symbol~A@12 μm波段辐射不明显;在模型飞行速度较低时,模型及流场的电磁散射能量主要集中在有绕流的模型区域;当模型飞行速度较高时,模型及流场电磁散射能量分布在有绕流的模型区域和尾迹区域;在一定的实验条件下,模型尾迹总目标RCS比等离子鞘套包覆的模型目标RCS大约1个数量级。