固体火箭发动机红外辐射及抑制技术

红外辐射特性是评价固体火箭发动机特征信号的主要指标之一。本文着重分析了固 体火箭发动机的红外辐射源,并讨论了抑制红外辐射的主要技术途径。     

固体壁面红外辐射特性的研究

在飞行器红外隐身技术中,研究固体壁面的红外辐射特性十分重要,该红外辐射特性又与法向全发射率和红外辐射光谱的测量密切相关。本文介绍用参比法测量法向全发射率及用光栅单色仪测量红外辐射光谱的实验方法并对测试结果进行分析。     

固体火箭发动机尾焰红外辐射特性预估研究

本文借助于离散颖粒模型对固体火箭发动机尾焰两相流进行了一体化仿真计算与分析,经过系统分析与计算得出了各燃气组分与Al2O3颗粒流场参数分布的相关性规律。仿真结果分析得知：①在光谱波长1.7um~5.0un范围内,固体火箭发动机尾焰气相辐射最大值出现在2.7um以及4.3um波长下,颗粒辐射仍然是固体火箭发动机尾焰总红外辐射中的主导性因素;②固体火箭发动机尾焰红外辐射性能会在一定程度上受到内燃面颗粒尺寸、颗粒速度分布情况的影响。颗粒速度越大,颗粒尺寸越大,则颗粒红外辐射越弱且辐射降低速度越快。     

气溶胶抑制红外辐射研究综述

气溶胶抑制红外辐射是重要的红外隐身技术之一,国外已处于实用阶段,国内起步较晚,目前还处于机理和实验研究阶段。通过对国内外研究成果进行综述,总结了研究方法和关键技术,并对该技术在无人机上的应用作了展望。     

红外辐射陶瓷片表面釉质化后的技术性能研究

叙述了将国家863计划项目成果高辐射高绝缘釉质膜烧结到红外辐射陶瓷片表面后,不仅提高了辐射性能和绝缘性能,而且提高了机械强度,延长了使用寿命。     

固体火箭发动机喷焰复燃及其对红外辐射的影响

火箭发动机喷焰涉及复杂的流动、复燃和辐射效应,并对喷焰辐射的光学探测跟踪有着重要的影响。以固体火箭发动机为研究对象,建立喷焰化学反应复燃数值模拟方法和视线光辐射传输数值计算方法,对不同飞行条件下的喷焰流动、辐射特性进行计算分析,重点考察复燃效应对不同高度喷焰辐射特性的影响。研究结果表明:复燃效应引起喷焰温升可达到1 000 K,并使得喷焰谱带辐射强度有10倍以上的增强;对于不同谱带辐射强度会随高度先升后降,最大的高度在20~30 km,短波2.7 m波段有约17倍的辐射增强,中波4.3 m波段约有16倍增强,可见复燃引起辐射增强作用H2O分子的贡献大于CO2分子的贡献。研究结果可为进一步的理论研究和工程应用提供参考。     

地雷对土壤表面红外辐射的影响

地雷排除一直是较难解决的问题。利用红外系统对地雷进行探测,主要取决于地雷与背景间的红外辐射差异。首先通过热平衡方程分析了影响地表温度的主要因素,以一维热传导方程为模型分析了埋设地雷对地表温度的影响。计算了地雷上方土壤与周围土壤的表面温度在一天中随时间的变化,并且与实际测量值进行了比较。在此基础上,利用高斯模型对实验数据进行了拟合分析,通过拟合模型可得到地表温度随时间的变化关系。结果表明,仿真地雷会使土壤层之间正常的热传导被阻断,造成地雷上方的土壤与周围土壤之间存在一定的温度差异;这种温度差异可以通过红外技术进行分辨。     

红外微辐射元的研制

利用表面微机械加工技术，研制出微桥结构红外微辐射元．该辐射元是电阻阵列动态红外景象产生器的基本组成单元．辐射元可以产生等效黑体辐射温度为300～500K的红外辐射，能够满足中波、长波红外半实物仿真的需求．     

固体浸没式红外超表面透镜设计

红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度,通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同,因此在集成装配时需要额外的工艺手段,工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系,可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列,实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标,设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作,能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100 μm,理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%,数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展,简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺,有望提升红外焦平面的探测效率,并降低制造成本。     

基于喷雾降温方法的发动机排气红外抑制研究

为有效抑制舰船发动机排出烟气产生的突出的红外辐射特征,进行了两级喷雾冷却降温的实验研究。实验结果表明：通过两级喷雾冷却使烟气温度显著降低,实验中两级喷雾压力的最高工况可使发动机各工况下的排气温度控制在330~360 K的范围内。实验确定了发动机各工况下的两级喷雾最佳喷雾压力和流量的数学模型,得到了喷雾后烟气温度降低至最低稳定值所需的响应时间,针对该响应时间,为发动机工况转换时喷雾系统工况的提前调整提出建议。本文研究可为实现舰船发动机排气系统红外抑制的主动控制提供数据支持和模型依据。     

临近空间高超声速导弹红外特性研究

研究临近空间高超声速导弹的红外辐射特性,对于反临近空间武器系统侦察监视临近空间目标具有重要意义。通过对临近空间高超声速导弹X-51A试验飞行过程的研究,深入分析了高超声速导弹的红外辐射特征,并建立其红外辐射模型。以导弹蒙皮、发动机及尾喷焰作为高超声速导弹的主要红外辐射源,以X-51A试验飞行器为参考,计算临近空间高超声速导弹在3~5μm和8~14μm波段在不同方向上的红外辐射强度,并针对计算结果进行了分析。     

细水雾遮蔽红外辐射的数值分析

细水雾对热辐射有着强烈的散射和吸收,可用于舰船等军事目标的红外隐身。将水雾视为吸收、发射、各向异性散射介质,通过谱带离散处理水雾的非灰特性,利用Mie氏理论计算离散谱带内的平均光学系数,建立了8~14 m红外辐射在细水雾中的传输模型,并利用有限体积法进行了分析计算。研究发现,采用均值粒径假设计算辐射透射率时会有一定误差,应用数量矩均值粒径时Sauter粒径误差最小,线性平均粒径误差最大;水雾自身辐射与内散射对透射率的影响较大,计算中应考虑;提高水雾浓度,减小均值粒径,可有效抑制透射率。     

飞机红外辐射特性及其探测技术研究

根据红外辐射的基本原理,提出了基于温度场分布的飞机红外辐射计算方法。依据红外探测器的工作原理,得到经大气传输和目标与背景对比后探测器接收到的有效目标信息。通过探测器对某型飞机探测距离的计算和分析,总结出了影响探测效果的五个主要的飞机红外辐射特性：光谱特性、方位特性、高度特性、速度特性和发动机状态特性。在此基础上讨论了红外探测器的设计和使用上以及飞机红外隐身上应注意的问题。     

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。     

目标红外辐射特性测量定标方法研究

阐述了定标工作在目标红外辐射特性测量中的重要作用。分别就调焦类成像设备和非调焦类成像设备的定标方法进行了理论分析,针对不同定标方法的优缺点进行了说明,定标时通常采用0米定标,方便且可同时进行所有像元定标。对目标特性测量时定标温度的选择作了分析,得出结论:定标间隔不变时,定标误差随定标温度呈"W"型规律变化,当定标温度分布于测量温度两侧时,误差有限,因此定标温度通常选择在目标等效黑体温度两侧,且定标温度间隔越小辐射特性测量精度越高。     

平行光管杂散辐射对红外辐射定标影响的分析

利用黑体与平行光管组合是红外辐射定标的重要手段之一。然而,由于平行光管自身存在热辐射,会在系统探测器上形成杂散辐射噪声,如果不进行处理,将产生定标误差,影响定标精度。建立了平行光管杂散辐射理论模型,定量分析不同工作温度、不同表面发射率下镜面的杂散辐射,确定杂散辐射对红外辐射定标的影响。同时提出杂散辐射修正措施,消除平行光管杂散辐射对红外辐射定标的影响,提高红外辐射定标的精度。     

飞机红外辐射特征仿真研究

真实有效的飞机辐射特征,不仅可以提高导弹的抗干扰能力,还有利于拟定合理有效的防御策略,提高飞机的生存力。基于辐射特征考虑,建立了飞机尾喷口、尾焰、蒙皮以及机体反射的辐射模型;引入大气传输模型,定义了波段平均透过率;通过模型仿真,定性地分析了排气系统(尾喷口、尾焰模型联立)和蒙皮的红外辐射分布规律。将排气系统和蒙皮辐射模型代入大气传输模型之中,分析了飞机红外辐射的高度特性。通过对比仿真与实测结果,验证模型的可靠性。     

热红外高光谱成像系统的背景抑制和性能优化

在分析热红外高光谱成像系统主要技术参数之间的制约关系的基础上,针对热红外高光谱成像系统目标能量微弱、背景热辐射严重等难点,提出了几种有效抑制背景辐射的措施,并建立了一套高背景抑制的热红外高光谱推帚式成像实验装置,实现了地面试验成像.根据冷背景实验结果,分析了热红外高光谱成像系统的性能和各种影响因素的关系,并提出了系统性能优化的可行性.