高超声速飞行器红外窗口热辐射特性试验

对于大气层内的高速飞行器,强烈的气动加热使红外探测系统的红外窗口温度迅速上升,成为气动热辐射效应的主要因素,导致红外探测系统的探测距离、识别概率、跟踪精度等性能下降,甚至失效。通过简化红外窗口热辐射传输模型,设计了一种红外窗口热辐射特性试验平台,并对某蓝宝石红外窗口在中波红外3.7~4.8 m波段的热辐射特性进行试验研究。研究结果表明,在100~350 ℃高温范围内,该红外窗口热辐射特性与温度近似呈现3次方关系,随温度升高,透过率下降约16%,而自身辐射持续增强,幅度最高在100倍以上,对红外探测系统造成的影响比透过率要大得多。     

高超声速飞行器红外探测窗口辐射透射特性研究

高超声速飞行器在飞行过程中受到强烈的气动加热,位于头部的红外探测窗口温度上升显著,辐射透过率下降的同时自身发射辐射大幅增强,致使内部的红外探测器信噪比下降,严重情况下可能失效。对超声速弹头弹道末端蓝宝石红外探测窗口的气动加热-非稳态温升过程及其3.7-4.8μm波段红外辐射透射特性进行数值模拟,结果表明:平均温度已经不能准确反映蓝宝石窗口的红外透射特性及其对红外探测器灵敏度的影响;存在一个最优的红外探测窗口厚度,该厚度下红外探测器在弹道末端的灵敏度达到最佳。     

高超声速飞行器红外波段及窗口选择（特邀）

随着技术发展,现代化战争对新型武器提出了更高的要求,高超声速飞行器的发展也备受关注,红外成像制导在高超声速飞行器的末制导领域中占有重要地位。红外成像设备易受到背景辐射和窗口热辐射带来的干扰,产生的背景噪声易造成图像饱和。通过试验对比中、长波热像仪对高温物体、太阳、云层、海面、干扰弹以及转动、高速、高动态条件下的成像效果,并且试验对比尖晶石、氧化钇、氧化锆以及硫化锌材料自身热辐射分别对中、长波热像仪成像的影响,通过测试得出各窗口在高温下透过率的相对衰减率。对比分析得出长波热像仪在抗干扰等方面占有优势,硫化锌材料具有低辐射、高透过率、以及耐压性能好等优势。中、长波对比试验对于工作波段选择以及窗口材料选择提供了参考与支持,对后续中-长波双色系统设计研究具有参考价值。     

高超声速变构型飞行器气动布局优化设计

本文结合FFD几何外形参数化、径向基函数网格变形技术、基于GPU的CFD数值模拟方法、代理模型优化算法等优化设计方法,构建了高效气动布局优化设计系统,利用该系统进行了高超声速变构型飞行器气动布局优化设计。选取高超声速变构型飞行器机翼上、下表面各30个控制点作为优化设计变量。优化外形在外翼回收段升力系数基本保持不变,阻力系数减小了0.001238,相对减少量为5.6%;外翼展开高速巡航段升力系数和阻力系数相对于初始外形变化较小,其升阻比增加了0.005,相对增加量为0.12%。     

类HTV-2高超声速滑翔飞行器的本体光辐射特性分析

第二代"猎鹰"高超声速技术飞行器(Falcon Hypersonic Technology Vehicle 2,HTV-2)长时间在大气层中飞行时,气动热是导致本体光辐射特性的主要原因。气动热预测和复杂结构传热温度求解是本体光辐射特性研究的关键。基于类HTV-2高超声速滑翔飞行器的结构以及飞行弹道特点,建立了适用于高超声速滑翔飞行器的气动热、三维有限元传热和本体光辐射耦合计算方法。在算法验证的基础上,通过计算获得了类HTV-2高超声速滑翔飞行器沿假定弹道飞行的本体光辐射特性。结果表明,红外探测器从地面70°方向观测的辐射强度大于从天上-70°方向观测的辐射强度;中波3~5μm光辐射强度明显大于长波8~12μm和短波0.4~0.7μm,因此选择3~5μm波段更有利于对类HTV-2高超声速滑翔飞行器进行探测。     

高超声速飞行器控制研究综述

和以往的航空航天器相比较,高超声速飞行器存在诸多控制难点,譬如:建模困难、耦合严重、参数发生剧烈时变等。高超声速飞行器的控制,具体是探究吸气式高超声速飞行器巡航控制状况与无动力高超声速飞行器返还再入控制状况。文章是针对高超声速飞行器控制展开的具体探究,为相关人员提供参考意见。     

临近空间高超声速飞行器红外特性建模仿真

本文针对临近空间高超声速飞行器的红外特性进行建模仿真与分析.以美国X-51A的飞行器模型为例,综合考虑目标的运动状态、大气环境等的影响作用,使用FLUENT软件和SE-WORKBENCH-EO软件建立目标三维温度场模型和红外特性模型,并分析其红外特性.     

临近空间高超声速飞行器红外辐射特性分析

为了对临近空间高超声速飞行器进行有效探测和预警,以X-51A为例,计算火箭助推段、超燃发动机工作段和无动力滑翔段、飞行器蒙皮、喷管和尾焰的双波段红外辐射特性.红外辐射计算的关键在于温度和有效辐射面积的确定.根据修正Lees驻点热流密度方法和辐射平衡时的辐射传热公式,计算出蒙皮的温度.用加力燃烧的涡喷发动机模型近似计算喷管的温度.把导弹尾焰温度分布场模型进行三段式简化,模拟出尾焰的红外辐射特性.仿真结果表明,在X-51A的不同飞行阶段,从不同探测角度观察到的各辐射部位对总体红外辐射贡献率差异较大;速度对蒙皮的红外辐射影响较大,而喷管和尾焰的红外辐射与火箭和超燃冲压发动机的燃烧状态有关.分析指出,当高超声速飞行器飞行姿态发生变化,或者在不同的飞行阶段,更适合采用双波段进行探测.     

红外窗口气动热辐射效应评估方法

气动热辐射效应导致红外探测制导系统的性能降低甚至失效,而红外窗口是气动热辐射效应评估的关键因素。通过分析红外辐射在红外窗口中的传输特性,提出一种红外窗口气动热辐射效应评估方法,基于等温状态试验,评估了某超音速飞行器红外探测系统蓝宝石红外窗口在中波3.7~4.8m波段的气动热辐射效应。研究结果显示,红外窗口暴露于大气环境后,蓝宝石窗口导致的气动热辐射效应迅速上升,表现为红外窗口透过率下降约10%,仍然在0.9以上,而自辐射迅速增强约458倍,相当于约125℃黑体,在探测器获取总辐射中的比例大于78%。在对地探测应用中,对于厚度小于20 mm的蓝宝石红外窗口,窗口温度在100~350℃范围内,随着厚度增加,透过率下降,自辐射增强,总辐射也增强,自辐射在总辐射中的比例增加,易造成探测器饱和,对探测系统影响较大。     

高超声速飞行器递阶滑模控制研究

针对高超声速飞行器轨迹高度和速度跟踪控制问题,基于纵向动力学的输入/输出线性化模型,设计了递阶滑模控制器和非线性扰动观测器,用于解决系统存在不确定性问题和执行机构带有死区非线性问题,对于所设计的控制器和观测器进行了稳定性分析,并且通过仿真验证了本文提出的方法能够提高系统的收敛速度和收敛精度并能克服执行机构死区的影响。     

高超声速再入目标动态红外辐射特性修正计算

针对高超声速目标的红外辐射特性计算困难的问题,提出一种修正的工程计算方法.在传统气动加热工程计算方法基础上,考虑高超声速大气环境的动态影响,采用大气高度作为修正因子,构建高超声速再入飞行器目标表面气动加热的温度动态变化算法,并对典型飞行条件下的高超声速目标红外光谱辐射特性进行了计算分析.     

高速红外空空导弹整流罩气动加热及应力分析

建立了高速飞行条件下,湍流流场计算和有限元分析的物理模型,利用计算流体力学方法(CFD)和有限元方法对高速飞行的红外整流罩头部流场、头罩温度分布及头罩应力、应变进行了数值计算.分析了典型条件下头罩的温度和应力分布,在此基础上提出了由气动加热所产生不利因素的解决方案,并提出了今后的研究建议.     

红外卫星对通用高超滑翔导弹的可探测性分析

随着临近空间高超声速技术的迅猛发展和临近空间高超声速导弹的装备使用,新的军事威胁已成为现实。由于临近空间高超声速导弹飞行弹道低且具有机动飞行的特点,需要对它进行实时探测跟踪才有可能对其飞行弹道进行预测。受地球曲率等因素的影响,地面雷达系统对临近空间高超声速导弹的探测距离有限,且组网探测对雷达数量需求庞大,因此卫星探测是一种较好的手段。对美国当前大力发展的海陆军通用型高超声速滑翔体(Common Hypersonic Glide Body, C-HGB)的红外辐射特性进行了初步分析,并结合高轨红外预警卫星的探测能力,初步分析了预警卫星对处于滑翔飞行阶段的C-HGB的可探测性。结果表明,当前的高轨红外预警卫星难以实现对处于滑翔段的C-HGB的探测,所以需要改进卫星红外探测系统或者组建低轨卫星星座。     

高超声速磁流体数值模拟研究

高超声速流动情况下,气流经过强激波后温度升高,发生电离和离解,导致局部存在等离子流并进而产生诱导磁场和电场,流动经过与磁场、电场的相互作用变得更加复杂。如果在高超速流场中人为加入磁场,则可以改变流场结构,实现对流动的控制,达到减阻、热防护等目的。首先完成了磁流体力学控制方程推导,然后对FLUENT软件进行二次开发,使其具备磁流体力学控制方程即MHD的数值模拟能力,最后进行了高超声速钝头体MHD流动的数值模拟研究。     

某高超音速导弹用新型天线透波隔热装置设计

透波隔热装置是高超音速导弹用天线设计的关键部件之一.通过石英纤维增强氮化物陶瓷透波材料和二氧化硅气凝胶复合隔热材料的选用,采用合理隔热装置结构设计,经样件热防护性能测试,有效的降低了天线体及馈线温度,证明该方案满足高超音速导弹天线设计需求,可在后续工程中推广使用.     

高超声速飞行器等离子鞘套反演分析

目前等离子体鞘套机理研究主要工作集中在理论模型的分析及地面模拟试验上,缺少真实试验数据的有效支撑,尤其缺少一套系统的试验数据分析方法。通过对等离子体鞘套无线通信试验数据进行数据反演分析,可以获得等离子体鞘套对不同频段无线信号的影响规律,并对等离子体鞘套仿真预测中涉及的流场、烧蚀、电磁计算等模型进行修正。等离子体数据反演分析方案中涉及到高精度链路计算、电子密度测量、飞行器外表面材料烧蚀碳化效应分析以及动态等离子体鞘套电磁分析建模等几项关键技术,通过对其分别进行技术突破,可提高等离子体数据反演分析的精度,使真实数据更为有效地修正理论分析模型。     

军用光学整流罩技术研究的进展

光学整流罩广泛应用于机载、弹载等军用光电系统中,对成像功能的实现起着非常关键的作用。首先介绍了整流罩的设计要求与研究概况,然后讨论了整流罩的研制工艺、检测手段、试验方法等,最后简述了光学整流罩研究的最新技术动态。基于国内外研究技术状况的进展,对军用光学整流罩的技术发展方向等进行了探讨。