一种实用的火箭尾焰粒子辐射参数计算方法

为了高效计算固体火箭尾焰中粒子的红外辐射规律,基于MIE散射理论建立了辐射特性计算模型,并研究了Al2O3粒子复折射率的计算方法和尾焰中固体粒子尺寸分布律计算模型。并利用上述模型,仿真分析了典型条件下Al2O3粒子的辐射参数。结果表明在仿真条件下尾焰中固体粒子辐射特性主要取决于散射特性,并随粒径增大散射相函数方向性明显增强。最后,利用建立的模型计算了典型条件下某型固体火箭尾焰的红外辐射特性,并通过与权威文献结果对比验证了模型合理性。     

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。     

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。     

卫星观测火箭尾喷焰红外动态场景生成研究

建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法,生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像,并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率;同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹,利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输,生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系,对尾喷焰和背景投影成像,合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现,地面背景的辐亮度得到了压制,同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外,分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明,场景生成方法准确可靠,可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。     

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。     

导弹尾喷焰目标红外特性的数值仿真

综合考虑计算精度和计算效率,基于传统热流法,提出了求解导弹尾喷焰目标红外辐射特性的源项六流法(SSF)模型.以圆柱形介质方向辐射强度的求解为例,通过与反向蒙特卡洛法(BMC)和二流法(TFM)计算结果的比较,证实了SSF模型的可行性和精确性.在给定温度场和粒子、气体等组分辐射物性参数的条件下,分别采用SSF、TFM和BMC法对不同高度导弹喷焰的红外光谱辐射强度进行了求解,结果表明:在2～5 μm波段内,导弹喷焰在2.7、4.3μm(相应波数分别为3 704和2 326 cm-1)谱带上具有明显的强度峰值,同时,SSF与BMC结果吻合较好,进一步证实了SSF模型的合理性.     

一种新的三维实时红外尾焰仿真方法

红外尾焰仿真是红外场景仿真的难点之一.采用粒子方法仿真红外尾焰存在二个问题,一是粒子数量庞大,二是很难通过控制粒子实现尾焰的温度场分布.利用尾焰的对称性,提出了一种基于粒子系统的改进算法,将尾焰拆分成横切面与底面二个几何平面,仅在平面内进行粒子填充.同时提出了双层布告板旋转算法,分别旋转粒子与尾焰的切面,使得尾焰能适应不同的观察角度.实验证明,本文算法能大幅度降低粒子数量,提高仿真速度.同时,对粒子的精确控制使得尾焰的温度场分布变得可控,解决了以往基于粒子系统的尾焰仿真温度随机不可控的不足.     

关于固体火箭尾焰对测控系统干扰的原因分析

随着固体火箭应用范围的日益扩大,固体火箭尾焰对测控系统干扰问题引起了愈来愈多的关注。在本文中,笔者对固体火箭尾焰进行了介绍,而后结合实际案例对固体火箭尾焰对测控系统干扰的现象进行了分析,最好固体火箭尾焰对测控系统干扰的原因进行了深刻阐释。这对于未来的研究工作有一定的指导意义。     

固体火箭发动机尾喷焰红外特性数值模拟

在给定浓度场、温度场、粒子和气体组份辐射物性参数的条件下，将贴体坐标系下有限体积法用于主动段尾喷焰红外光谱特性计算，考虑了粒子的各向异性散射，计算结果与贴体坐标系下的离散坐标法进行了比较．分析了2.7μm、2.95μm表观光谱辐射强度及2．7～2．95μm的表观谱带辐射强度，考察了若不考虑散射或用各向同性散射假设，来近似非线性各向异性散射所带来的计算误差．     

F22尾焰红外辐射特性及探测仿真研究

针对隐身飞机F22尾焰红外辐射特性,研究了临近空间平台对其进行红外探测的可行性。通过对F22尾喷管及其尾焰气体进行建模和仿真,采用谱带模型C-G近似法将非均匀气体化分成390个小气柱以近似成均匀气体进行处理,计算F22尾焰在不同探测视角下的红外辐射强度。在此基础上,考虑大气透过率和遮挡因素的影响,计算出了临近空间平台对F-22尾焰的理论可探测距离能达到100 km以上。该研究为利用临近空间探测平台对F22的探测提供了参考。     

环境压强对固体火箭喷焰电导率的影响

环境压强的变化会引起火箭喷焰中电子浓度、电子与分子的碰撞频率以及尘埃粒子充电频率发生变化,喷焰尘埃等离子体的电导率将因此发生变化.基于尘埃等离子体理论,研究了环境压强对火箭喷焰2000K温度区电导率的影响.研究表明,在某个特定的高度,对于一个特定的微波频率,火箭喷焰存在最大的电导率,这意味着随着高度的升高,火箭喷焰对微波可能存在一个衰减非常严重的区域,这一结论与实验观测到的现象是吻合的.     

宽带k分布模型计算液体火箭尾焰辐射信号

快速计算火箭尾焰辐射信号对导弹的识别和跟踪具有重要意义。先利用工程经验公式计算得到尾焰的流场,采用宽带k分布模型计算液体火箭尾焰的辐射信号,并与逐线计算基准解比较,发现宽带k分布模型在探测器工作光谱区域内的相对计算误差基本都小于10 %。利用该模型研究飞行参数对尾焰辐射信号的影响,计算结果表明:喷管出口温度、马赫数、非计算度增大,液体火箭尾焰的辐射强度增大;海拔高度升高,不同探测器工作光谱区域尾焰辐射强度变化趋势有所不同。     

来流导致的火箭发动机喷焰红外辐射强度不确定度量化分析

在火箭发动机喷焰红外辐射预测过程中,由于弹道参数的不确定性因素存在,会影响喷焰红外辐射信号计算结果的置信度。文中以Atlas-IIA低空喷焰为研究对象,以来流速度、来流温度、来流压力和飞行攻角为不确定性输入变量,采用拉丁超立方试验设计样本,开展喷焰反应流场与红外辐射特性计算,获得各样本点对应的喷焰红外辐射响应值,利用非嵌入混沌多项式(No-intrusive Polynomial Chaos, NIPC)方法构建代理模型,采用响应面法求解NIPC多项式系数,基于统计参量研究各参量对红外辐射信号的不确定度和敏感性。结果表明来流特性引起的辐射强度不确定度与波段的选取有较高的关联度。来流速度对光谱辐射强度的灵敏程度最高,来流压力和攻角次之,来流温度的影响可忽略不计;来流速度对2.5～3.2、2.8～3.0μm谱带内的辐射强度敏感,主Sobol指数占比均在80%左右,来流压力对4.35～4.65μm波段辐射强度的影响占比为70%;各参数间的耦合作用对喷焰红外辐射的影响不高于4%。该研究可为火箭发动机尾喷焰红外辐射准确预估和置信度评估提供理论支撑。     

Simple method to determine the main Gunn domain parameters

A simple analytical method to determine the maximum field, outside field and excess voltage of a stable domain is put forward for any values of the carrier concentration, sample length and bias. This method provides good agreement with the exact solutions, for both stable-domain and transient processes in Gunn diodes.     

火箭尾喷焰红外辐射特性的理论计算

尾喷焰是一种高温高压气体,向空间辐射较强的热辐射能,对飞行器的隐身性能有重要影响。为计算尾喷焰的红外辐射特性,首先基于Navier?鄄Stokes方程和其他控制方程,在对流场进行划分处理的情况下得到了整个流场的特性分布,包括温度、压力和各气体组分参量等。在此基础上,考虑谱线的碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,计算了尾喷焰中包含各气体的谱带模型参数,如吸收系数、谱线间隔密度和谱线半宽等。最后,利用非均匀气体的Curtis?鄄Godson近似,仿真计算了某火箭尾喷焰在2~5 m谱段的红外辐射光谱强度,仿真结果验证了所用方法的正确性。     

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。     

A simple method to determine the impedance of a loop antenna

Simple closed formula is given to determine the resistive part of the loop antenna input impedance. An equivalent transmission line is used to determine the reactive part of the input impedance for the same loop, and the antenna in both cases may have any regular configuration. This method has proved to be accurate for a loop perimeter up to0.5 lambdafor the resistive part and up to0.8 lambdafor the reactive part.     

尾焰红外辐射特性计算研究综述

目前,尾焰的红外辐射特性计算方法非常多。虽然不同飞行目标尾焰红外辐射特性计算的复杂性有一定差别,但是其计算思路及方法很相似。给出尾焰红外辐射特性计算的基本步骤,并对每一步中使用的主要方法进行分析和比较,给出推荐的使用方法。重点讨论了液体燃料飞行目标尾焰中考虑粒子对于辐射的影响的必要性,及辐射传输方程中三种备受关注的求解方法的研究现状及特点。指出目前红外辐射计算方法中存在的问题及改进方法,为今后尾焰辐射特性计算中方法研究和改进提出建议。