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。     

火箭发动机喷焰红外辐射数值计算方法研究（特邀）

火箭发动机高温尾喷焰因具有显著的红外辐射特征成为天基红外系统探测、跟踪、分类和识别任务重点关注的对象。火箭发动机喷焰辐射信号产生、传递机制的物理建模和数值计算一直是目标探测领域重点关注的问题,也正朝着高精度、高效率的方向发展。针对火箭发动机喷焰红外辐射数值计算研究,围绕喷焰红外辐射计算链路所涉及的各环节,从喷焰反应流场模拟、高温燃气辐射物性参数计算、辐射传输计算和数理模型校验试验等方面的研究情况展开综述。     

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。     

尾焰红外辐射特性的反向蒙特卡罗法模拟

以发动机尾焰的红外探测为主要应用背景,利用反向蒙特卡罗法计算了液体火箭发动机尾焰红外辐射特性。首先计算了尾焰红外辐射在2.7μm下的轴向分布特性及空间不同角度分布特性,计算结果较为合理。重点计算了尾焰2~5μm的光谱辐射特性,并考虑了大气衰减的影响,与TheAerodyne Radiation Code的计算结果趋势吻合良好。实际探测时,探测器只能接收到尾焰辐射的小部分能量,因此对一定距离下探测器接收辐射进行计算,进而获得尾焰在探测器视场内的红外光谱辐射分布特性,具有重要的理论意义和实际应用前景。     

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。     

固液混合火箭发动机尾焰的红外特性研究

针对固液混合火箭发动机中Al2O3颗粒运动的影响,对喷管的内流场和外流场进行了一体化数值仿真,得到了温度、压力、组分浓度以及粒子浓度等参数的分布。利用以最新的分子光谱数据库HITRAN和HITEMP为基础编写的逐线积分法计算了气体光谱吸收系数,采用米氏散射模型计算了固体粒子的辐射特性参数。利用基于有限体积法离散辐射传输方程的模型计算出了尾焰的红外辐射亮度。通过进一步求解,得到了特定波段的光谱辐射强度。在8—14岬波段,利用红外热像仪进行了试验,并将试验结果与数值计算结果进行了比较。结果表明,该计算模型和方法能较好地模拟固液混合火箭发动机尾焰的红外辐射特性。     

航空发动机红外辐射特性测试评估技术

航空发动机红外辐射特性测试研究对飞机、发动机红外隐身设计与改进具有非常重要的意义。针对发动机红外辐射特性的测试需求,从试验平台、测试系统、测试方法、误差控制四个方面提出了以发动机试车台为试验平台的红外辐射特性测试方案,开展了某型发动机红外辐射特性测试,获取了有效数据。通过数据处理与评估,结果表明:发动机红外辐射特性具有明显的方向性。     

固体火箭发动机地面和飞行过程中羽流红外辐射的计算研究

为研究固体火箭发动机地面和高空飞行过程中羽流红外辐射随飞行高度的变化,计算了某型固体火箭发动机在地面试车和7.5~80 km之间一系列高度工况下,发动机内、外流场和红外波段2~6μm的辐射。发动机内流和羽流流场采用非平衡化学冻结模型计算,高温Al2O3颗粒和燃气组分混合的羽流辐射场采用FVM模型计算,其中燃气组分的光谱特性用WSGG模型计算,Al2O3颗粒的光谱特性用Mie理论计算。研究了2.7~2.95μm、3.6~3.85μm和4.2~4.45μm三个波段,羽流高温核心区表面的辐射强度;以及高温核心区在轴向主平面和法平面上,0°、45°和90°三个视角的辐射亮度。研究发现:随飞行高度上升,环境压力下降,羽流体积膨胀,其中高温核心区气相温度迅速下降,Al2O3颗粒浓度也所有下降,但颗粒温度仍比较高。发动机在地面工作时,羽流的强辐射带沿其轴线呈连续状分布;但在高度小于22.5 km的低空飞行时,羽流的强辐射带除了出口区域以外,还在出口下游的后燃区出现。羽流的红外辐射亮度在纵截面上具有轴对称性。在光谱分布方面,发动机飞行高度小于40 km时,羽流辐射呈现燃气辐射的光谱差异性,但发动机在40 km高度以上飞行时,羽流辐射呈现高温颗粒辐射的光谱连续性。     

二茂铁基复合推进剂红外/紫外低特征信号应用研究

针对精确制导武器隐身性能的需要,首先利用模拟的火箭发动机喷口结构测试了HTPB复合推进剂的红外和紫外特征信号,然后分析了二茂铁作为一种消光材料对HTPB复合推进剂火焰在红外波段和紫外波段的辐射信号衰减能力。同时,测试了二茂铁消光材料对火箭发动机的喷口温度的影响。结果表明,利用硝酸钾、硫和酚醛树脂为基础的烟火药配方提供初始能量,促使二茂铁快速汽化,并在推进剂火焰外形成薄层作为消光材料,对红外波段和紫外波段具有明显的遮蔽吸收作用,衰减率可以达到50%以上。得出二茂铁含量为30%时在710~3 500 cm-1波段,对于HTPB复合推进剂的红外辐射衰减效果最好;含量高于50%时对于HTPB复合推进剂的2 400~3 500 cm-1波段的红外辐射强度有所增加。     

航空发动机台架红外辐射特性测试技术研究

航空发动机作为航天航空飞行器的高温核心部件,贡献了整个飞行器的红外辐射强度,其中3～5μm的中波段、以及8～14μm的长波段是主要辐射波段,基于其红外辐射强度测定分析的重要意义,同时基于GJB 241中关于红外辐射特性测试鉴定需求,考虑到环境、气象、测试设备等因素的影响,建立了一套能应用于航空发动机台架整机红外辐射特性测试试验方法,并应用于某发动机测试试验,试验结果表明,提出的测试试验方法能够满足该发动机红外辐射测试需求,获取了该发动机不同波段下典型的红外光谱曲线,获取了相关测试经验,为后续研究积累了一定基础。     

地面背景红外特性日变化仿真方法研究

分析了影响红外辐射因素的日变化特性,建立了热物理模型,对典型地面背景中的材质表面温度进行了逐时计算,实现了特定外界条件下的地面背景红外特性的日变化仿真。     

一种计算红外辐射大气透过率的数学模型

从分析红外辐射在大气中传播的影响因素出发,分别给出大气吸收、大气散射和气象衰减的衰减系数,并计算出倾斜路程的海平面水平等效路程,最后给出一种计算红外大气透过率的数学模型.     

物联网技术在道路运输领域中的应用研究

本文主要研究了道路运输领域中物联网技术的应用,利用物联网技术来管理道路各种车辆的进出和行驶,有利于车辆套牌问题、车辆使用虚假牌照问题的解决,有利于规范道路使用,提高道路使用效率.     

1.06μm激光的斜程大气衰减

根据大气透过率计算软件-CIRTRAN计算了乡村、城市、海洋和沙漠四类地区不同能见度条件下的1.06μm激光斜程大气透过率,经过分析和归纳,提出了一个直观而简便的计算公式.用三种不同的测量方法和LOWTRAN7作比较,证明该公式具有很好的准确度.     

气膜孔布置形式对发动机中心锥冷却与红外抑制特性的影响

对发动机中心锥的红外抑制技术开展数值研究,在中心锥上采取气膜冷却技术,比较了不同气膜孔布置形式对冷却与红外抑制特征的影响。外涵低温气流通过支板引入中心锥,在锥体前端形成气膜覆盖,使支板与中心锥壁面得到了有效冷却。研究发现,采用气膜冷却后,喷管腔体壁面温度显著降低,中心锥与支板的壁面温度降低13.5%和14.6%。3～5 m波段上红外辐射得到有效抑制,喷管正后方最大降低41%,0～30范围内红外辐射特征得到显著抑制。     

基于有限元法的运动装甲车辆温度模型分析

针对电子对抗装甲车辆强红外辐射所引起的战场生存能力和战斗力的下降,构建装甲车辆的温度模型。综合考虑辐射、对流和热传导三种传热方式,利用有限元法,通过划分区域、确定节点、建立控制方程、确定边界条件、方程离散和迭代求解代数方程,给出了温度模型的数学描述并对该模型进行数值模拟。结合算例将得到的车体典型部位的温度分布与相同条件下的实测数据进行对比分析。实验分析表明,运用有限元法的计算结果能够很好地逼近实测数据,具有较高精度。     

Use of a One-Dimensional Variational Retrieval to Diagnose Estimates of Infrared and Microwave Surface Emissivity Over Land for ATOVS Sounding Instruments

A 1-D variational retrieval of surface emissivity is developed and applied for the Advanced Microwave Sounding Unit modules A and B, along with the High-resolution Infrared Radiation Sounder. This algorithm offers simultaneous retrieval of infrared and microwave emissivity and increases the separation of the emissivity and land surface temperature signals. The initial estimate of the emissivity for the surface-sensitive channels is made by a combination of physical and empirical microwave emissivity models and, in the infrared, by indexing laboratory measurements to vegetation databases. It is found that the initial estimates of emissivity for snow-free vegetated land areas are within 1% of the retrieved infrared values and, in the microwave, within 4% for all snow-free points and within 2% for the vast majority. The emissivity for snow-covered and sea-ice areas remains problematic, and further investigation is required. It is also shown that the average zenith angle dependence of the emissivity is less than 0.0024 for infrared wavelengths and less than 0.0055 for microwave frequencies if the viewing zenith angles greater than 40 are neglected.     

IEEE802.11与高级红外无线AIr MAC协议的性能比较

红外线作为室内通信无线传输媒质,具有低成本、低功耗等特点.本文描述 了IEEE 802.11红外局域网媒质访问控制协议（MAC）和红外数据协会（IrDA）提出的高级红外媒质访问控制层协议（AIr MAC）;研究了两种协议性能估计模型并利用OPNET仿真工具对IEEE 802.11 MAC与高级红外AIr MAC接入性能进行了仿真验证.通过对两种MAC协议接入方式、吞吐量性能估计模型以及吞吐量性能仿真结果进行比较分析,总结了IEEE 802.11红外局域网媒质接入协议和高级红外媒质接入协议之间的不同之处.     

手机实现红外遥控方法的研究进展

综述了手机实现红外遥控方法的最新研究进展。从红外传感器的配套使用、信号调制与解调、编码与解码、红外传输协议四个环节展开,简要介绍了红外遥控系统的原理;在对实现手机红外遥控的方法进行分类的基础上,重点阐述了各方法的最新研究进展及分析各实现方案的优缺点,最后对其应用及发展前景进行了展望。     

Method of Calculating the Radiance of Point-Source Target in Infrared Image

In traditional method of obtaining the radiance of target in infrared image, a target is often considered as an extended source. In that way, we only need the atmosphere transmittance, path radiance, and target apparent temperature to calculate the blackbody equivalent temperature of the target. However, in real infrared system imaging process, the target may be so far from the sensor that the target should be taken as a point source. In that case, the traditional data analysis method is not applicable anymore. A new method of calculating the radiance of small target is presented, which is based on the infrared system imaging theory. And the parameter needed to be input in this method is easily obtained. This method is tested by three different imaging systems. They are Thermal Vision AGEMA 900, AGEMA 1000, and Airborne Surveillance Pod Imaging System. The method is programmed into software, IRIDAS (Infrared Radiation Image Data Analysis Software) version 1.0. This software includes infrared imaging system calibration, atmosphere modification calculation, target and background selection and radiance calculation. This method can be used in infrared data anaylsis, infrared system evaluation and testing, target and background characteristics obtaining.