基于Code V的气动热环境下头罩的光传输仿真

高速气动热环境下,光学头罩会产生无规则非均匀的温度分布和表面变形,从而给光学成像系统带来严重的成像失真和像偏移。本文使用有限元分析软件来仿真高速气动热环境,得到光学头罩的温度分布和表面变形,根据热光效应得到折射率分布,使用Code V的自定义面型和梯度折射率来进行光线追迹。高速光学球头罩的仿真实例表明高速气动热环境下成像失真严重的主要因素是非均匀的头罩折射率分布,而微小的头罩表面形变带来的影响很小。     

高速飞行器热流固耦合光传输分析

气动环境下,光学头罩与来流之间的热流固耦合作用形成的非均匀折射率场将严重干扰光线传输。针对这一问题,首先通过求解Navier-Stoker方程,得到流场各项参数的分布,并对光学头罩进行热流固耦合分析。然后采用光线追迹法模拟光线从目标到达探测器面的传输路径,计算光程差。最后通过像质评价函数分析其对成像质量的影响。结果表明:随着飞行速度增大,耦合折射率场对光传输的影响增大,光学系统成像质量严重下降。     

气动湍流对红外寻的导弹探测性能影响的分析

在大气层内高速飞行的红外制导导弹，其光学头罩与大气之间发生剧烈的相互作用，头罩周围的气体密度发生变化．导致流场的气体折射率脉动，从而使光学接收器上图像和位移或者光学信号减弱使跟踪方向发生偏差。分析了气动湍流对红外导引头探测性能的影响。     

标准Ⅳ拦截导弹导引头的光学特性分析

标准IV拦截导弹高速飞行会引起导弹的光学窗及传感器产生严重的气动和气热效应.由流过导弹的超声速气流引起的气动光学效应会降低红外导引头的性能.对由飞行器的激波波前和剪切层的密度梯度引起的气动光学效应进行了分析和总结.为了计算红外头罩周围大气的密度和折射率的分布, 采用计算流体力学(CFD)模型对由冷却射流与外流互相作用形成的大气湍流进行建模, 在此基础上进行计算.计算得到的数据结果用于光学追踪程序中计算确定瞄视误差和像散.将这些结果与一般流体力学推导的近似值进行比较, 得出的结论表明当导引头视角为前视方向或飞行高度较低时, 瞄视误差可能会降低导引头探测目标的性能.     

某制导炮弹光学头罩结构动力学分析

位于电视制导炮弹前端的光学头罩是保证弹载摄像头免受气动热影响及成像质量的关键,其在发射过程中承受着复杂的载荷。为了计算得出光学头罩应力值的数值解,校核结构强度,确保膛内阶段稳定性,利用有限元分析软件ANSYS,运用大质量法,建立了光学头罩结构的动力学模型,进行了动力学仿真分析。依据动力学仿真结果,发现了结构应力集中部位,并进行了优化。仿真分析结果表明,优化后的光学头罩结构在膛内始终处于弹形变形阶段,最大等效应力小于材料的强度极限,保证了光学头罩在外界动态载荷作用下的可靠性。     

气动光学及其在高超声速飞行器中的效应研究

介绍了气动光学提出的背景, 提出了气动光学的定义及内涵、研究对象和研究方法, 描述了气动光学研究的主要内容, 即气动光学效应机理研究、 气动光学效应校正方法研究、气动光学效应校正验证试验研究和高速飞行器光学窗口技术研究; 详细阐述了气动光学效应的定量研究和校正方法.     

激波层气体热辐射特性的计算

红外成像制导导弹在大气层内超音速飞行时光学头罩外存在激波层,为不均匀的高温气体介质。由其产生的热辐射将降低探测器信噪比,使红外图像发生畸变。为计算激波层红外辐射特性,首先采用Fastran流体分析软件实现球头外部流场的数值模拟,通过逐线计算法细致计算了外部绕流气体辐射特性,并模拟辐射传输过程,进而得到气体与光学头罩交界面上气体向光学头罩的光谱辐射亮度以及积分辐射亮度。     

高速飞行器红外/激光复合凝视成像设计与约束条件分析

首先介绍了通用高速飞行器的应用背景,着重分析了红外/激光复合凝视成像获取复杂背景下特殊目标的多维光学特征的技术优势。其次确定了适合于通用高速飞行器平台应用的红外/激光复合探测系统的包括波段选择、空间分辨率、探测器选型、作用距离等在内的工作参数以及工作流程规划,并提出了双模共光学孔径、和结构复合两种适合于高速飞行器轻小型平台应用的复合成像机制。最后针对特定目标的目标特性分析了红外/激光复合探测系统在大气条件、气候条件、天时条件以及气动条件等方面的使用约束。     

气动光学效应仿真系统设计与实现

针对高超声速飞行器气动光学效应及其校正研究的技术需求,设计开发了一套气动光学效应仿真系统,用于对气动光学效应进行全过程仿真。系统基于“模块化”、“可扩展”和“可视化”的设计思路,采用“仿真平台＋数据库＋功能插件”的系统实现方案,在VisualStudio2008开发环境下,完成了气动光学效应仿真系统平台、数据库及相关功能插件的开发工作。系统支持用户根据自身需求自主编制仿真任务,并可在接口规范的约束下,自主定制功能模块对系统进行扩展。本系统可以为解决高超声速飞行器气动光学效应及其校正方法的理论研究与工程应用问题提供理论依据和技术手段。     

红外导引头成像系统无热化设计及试验验证

介绍了光学被动无热设计原理，将其应用于3～5／μm红外导引头成像系统设计，完成光学系统与红外焦平面探测器组装，进行高低温环境试验测试，试验验证了无热化设计效果；提出了在实验室条件下，高低温测试系统的构成和测试方法，具有操作简便、直观、可信度高等特点．设计及试验结果表明，该红外成像系统结构紧凑，在宽温度范围内有很好的成像质量．     

高超音速飞行器气动热研究进展

高超音速飞行器具有普通超音速飞行器无法比拟的优势,因而成为航空航天领域重要的发展方向。当飞行器高速飞行时,空气粘性作用将在机体上产生强烈的气动热,这给飞行器的安全造成严重影响,成为制约高超音速飞行器快速发展的瓶颈问题;无疑,掌握气动热变化规律是合理设计高超音速飞行器热防护的基础。本文从实验与数值仿真两方面系统地归纳、总结国内外学者在高超音速飞行器气动热方面的研究成果,并展望其未来的发展。     

复杂纹理环境的光流/惯性组合导航方法

为解决无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)在全球定位系统(global positioning system,GPS)信号弱或拒止环境下实现自主导航的问题,提出一种适用于复杂纹理环境的光流/惯性组合导航方法.通过基于低纹理场景的改进卢卡斯-卡纳德(lucas and kanade,LK)光流法,解算图像光流信息,使用惯性导航系统信息辅助光流导航系统,同时也利用光流导航系统的特征点速度信息辅助惯导系统进行导航解算,利用卡尔曼滤波器以融合光流/惯性导航信息得到速度、位置估计信息,并通过仿真实验进行验证.仿真结果表明:该方法能够在纹理丰富和纹理较差的场景下进行精确的速度、位置信息估计,所提出的导航算法符合自主导航的实时性和精确性要求.     

整流帽布局对全动舵附近流动结构及热环境分布规律的影响

基于局部外形优化改善空气舵附近区域局部热环境,可明显提升高马赫数飞行器热防护系统在恶劣环境下的适应性和生存能力。整流帽的应用作为高马赫数飞行器全动舵流动与气动热特性优化的有效手段,在近年来备受关注。建立一种适用于高马赫数完全气体可压缩流动的数值模拟方法,采用该方法开展整流帽布局及几何参数对全动舵附近流动结构及热环境分布规律的影响研究,并通过带整流帽布局的平板-全动舵模型激波风洞测热试验对数值模拟方法的准确性进行验证。结果表明：高速来流流经整流帽时将产生激波减速,在整流帽下游激波迅速膨胀分离,空气流动速度和加热能力均显著降低;从整体上看,设置整流帽能够显著降低整流帽展向宽度范围内的全动舵及附近平板气动热环境;随着整流帽楔角减小,全动舵气动加热整体呈恶化趋势;随着整流展宽增加,全动舵气动加热进一步减轻。     

边界层转捩飞行测量方法及实现

针对高超声速边界层转捩飞行试验研究的需要,通过一体化的变厚度薄壁测温和热流辨识方法,利用测量薄壁内壁温度辨识表面热流可实现飞行器表面转捩位置的测量。考虑到飞行器高速飞行过程中表面气动加热和振动环境要求,对测量结构和机体结构开展了一体化模块设计,提高了测量结构的整体承载抗热振能力;利用热振联合地面试验系统,在飞行状态地面模拟条件下,对测热部件进行了热振联合试验考核,验证了测量结构的安全性和可靠性。地面热振联合试验和飞行试验结果表明,该型转捩测量结构可承受飞行条件气动加热和振动环境,能迅速地响应和准确地反映气动加热环境热流的变化,可准确捕捉飞行条件下高超声速边界层转捩现象。获取的热流转捩测量数据,可为高超声速转捩预测计算模型提供校准数据。     

飞行器气动加热烧蚀工程计算

高超声速飞行器设计时,为了对防热层气动热烧蚀情况及温度场进行快速预估,提出了集成气动热、材料烧蚀、瞬态温度场的耦合计算方法。通过算例对计算方法和程序进行了验证,表明该方法具有较高的效率和精度。在给定弹道条件下,实现了气动热、热防护材料烧蚀性能和弹体温度场耦合计算。通过该方法可以在高速飞行器设计阶段,快速计算出指定飞行工况下的防热材料烧蚀情况及温度场分布,为飞行器热防护层设计提供依据。     

基于测量预估高速弹丸随动摄影方法研究

提出了一种的弹丸姿态进行实时跟踪拍摄的新方法,能够解决对高速弹丸飞行姿态的实时随动拍摄问题。通过高速线阵CCD阵列预测弹丸的运动信息,利用分光镜和高速面阵CCD组成图像位置检测系统来实时校正反射镜扫描速率,实时获得清晰的炮弹等高速目标的运动姿态,跟踪拍摄范围可达到100～200m。并着重对拍摄系统的组成和拍摄方法作了研究,对拍摄误差做了一定的分析并进行了数值仿真研究。该方法对研究弹丸的飞行和尾翼张开、发动机点火控制等问题的研究有重要意义。     

变海拔环境下离心压气机叶轮多场应力响应

针对车用涡轮增压器离心压气机叶轮在变海拔环境下可能出现的静强度失效问题,开展了叶轮在变海拔环境下多场载荷及应力响应的变化规律研究。采用单向稳态流体与固体耦合的方法,计算了叶轮在气动载荷、热载荷以及离心载荷作用下的单场应力以及多场耦合应力。结果表明：在真实流量、真实转速不变,仅根据海拔高度不同改变进气压力与进气温度时,叶轮进口流动角随着海拔升高而增加,导致高海拔环境下长叶片前缘静压差较大,最大气动应力从长叶片尾缘转移到前缘,叶轮的热载荷、热应力以及最大多场耦合应力随海拔升高而减小;在增压发动机工况不变时,随着海拔的升高,叶轮气动应力与热应力的绝对变化较小,压气机转速上升带来较大的离心应力增幅,进而导致耦合应力的增加。     

复杂光学环境下零飞试验的仿真与评估

针对目前国内高炮武器系统进行标校试验过程中,没有可靠的试验参数作为依据和指导的问题,提出在进行零飞测试前应对复杂光学环境下的试验条件进行仿真与评估。建立包括测试环境、传输环境、相机参数以及测试条件在内的仿真评估模型,将仿真结果作为实际零飞测试的理论依据,并对零飞测试的结果进行了误差分析。结合零飞试验的实际数据,验证了该模型的正确性和可行性,建立的模型能够提高零飞测试试验的效益和精度。     

基于FPGA的车载光端机的设计与应用

一种基于FPGA的数据光纤传输设备，先将多路的视频、音频、数据进行高分辨率数字化，形成高速数字流，然后将多路数字流进行复用，通过发射光端机进行发射，通过另一端的接收光端机进行接收，解复用，恢复成各路数字化信号，再通过数字模拟变换恢复成模拟视频、音频、数据。