固体与液体颗粒凝并对两相烟幕消光性能的影响

固液两相烟幕在军事上常用来形成从可见光到远红外的宽波段遮蔽,利用球形粒子和同心微球的光散射理论模型,计算了柴油和水两种不同液体颗粒与石墨颗粒凝并后所成的同心微球的质量消光系数,结果表明,当石墨颗粒与柴油颗粒凝并时,包覆在石墨表面的柴油在一定的范围内有助于提高石墨粒子的消光性能,超过此范围后,会造成石墨粒子消光性能的下降;而当石墨颗粒与水颗粒凝并时,包覆的水会使石墨颗粒消光性能迅速下降。     

Infrared Extinction of Artificial Aerosols and the Effects of Size Distributions

The artificial aerosol is widely used in the modern battlefield to protect potential targets and to conceal movement of personnel and materiel. In this paper we investigated into the infrared extinction characteristics of the aerosol. The emphasis was placed upon the effects of the particle size distribution in an attempt to achieve optimal design. The particulates were assumed spherical in shape and Mie's theory is employed in the calculation of their extinction cross sections. Both spectral and average extinction coefficients per unit mass were computed for a certain kind of agent with the grain size distribution function being lognormal, which is considered suitable for artificial particles. Parametric studies are performed to examine the influence of the mean η and the standard deviation σ. This study will afford indications for the optimal design of infrared obscurants.     

生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型构建

针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求,将制备出的絮状颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子,将其作为单元颗粒构建不同结构的生物颗粒,并对生物颗粒结构进行参数化表征,采用离散偶极子近似法（DDA）计算生物颗粒远红外波段平均消光效率因子。结果表明:生物颗粒远红外波段平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率成正相关。在研究平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率关系的基础上,构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型,计算时间较DDA法缩短,计算误差在10%以内。模型的构建将为生物消光材料发展以及形态控制提供理论基础。     

人工制备生物消光材料空气动力学特性

人工制备的几种生物材料生产成本低、密度小、形态可控、安全环保,在可见光和红外等波段具有较好的消光能力,可作为一种新型消光材料,弥补无机消光材料的不足。针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求,将生物消光材料中的絮状生物颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子,根据牛顿第二定律和梯度-输运理论,建立生物消光材料沉降模型和扩散模型,并讨论絮状生物颗粒结构和风速、大气稳定度对生物消光材料空气动力学特性的影响。结果表明:分枝数目、长度、半径决定絮状生物颗粒结构;在某种特定条件下,絮状生物颗粒沉降速度较等体积球颗粒沉降速度降低了50％;烟团遮蔽面积可达20 m2以上。模型的构建将为生物消光材料发展及实际应用提供理论基础。     

石墨烯红外波段复折射率及消光性能研究

石墨烯是一种新型二维纳米碳材料,在红外干扰方面具有很大的潜在应用价值,其红外消光特性值得深入研究。文中利用红外椭偏仪测量了石墨烯压片在红外波段的椭偏参数,计算得到其红外波段的复折射率,采用离散偶极近似(DDA)方法计算了石墨烯在2~14 μm波段的效率因子、消光系数与入射波长、粒子直径和厚度的关系。计算结果表明,石墨烯在2~14 μm波段具有优异的红外消光性能,其消光性能主要取决于材料的吸收性能,吸收作用大于散射作用,同时粒子对近、中红外辐射的消光性能明显好于远红外波段;消光效率因子和消光系数随波长增加逐渐减小;消光效率因子随粒子直径的增加而增大,近、中红外波段的消光系数大于远红外波段,其中直径0.25~1 μm粒子的消光系数最大,直径1~4 μm粒子的消光系数随直径增加逐渐减小,直径大于4 μm的粒子对各波段红外的消光能力受粒度变化的影响很小;消光效率因子随粒子片层厚度的增加逐渐增大,近、中红外波段的消光系数随厚度的增加有所减小,而远红外波段的消光系数受粒子厚度变化影响不大。     

人工制备生物颗粒结构对宽波段消光性能的影响

为研究多态生物颗粒对目标探测等电磁设备的影响,将制备出的絮状生物颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子,构建不同分枝数目和分枝长度的生物颗粒,采用离散偶极子近似法计算生物颗粒消光效率因子。结果表明:生物颗粒结构对宽波段消光性能存在较大影响。远红外波段,生物颗粒消光性能与分枝数目和分枝长度成正相关;毫米波段,生物颗粒消光性能与颗粒分枝长度成正相关,与分枝数目关系很小。在研究消光效率因子与分枝数目和分枝长度关系的基础上,构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型。模型的构建将为生物颗粒宽波段消光性能研究以及形态控制提供参考。     

石墨粒径对红外消光特性的影响

通过对不同粒径石墨微粒散射和吸收红外光的理论研究，并采用固体压片法利用FTIR光谱仪进行系列实验。结果表明，石墨微粒对红外消光特性的影响表现为吸收作用大干散射作用，且粒径越小所产生的消光效果越好。     

液体包覆对石墨微粒红外消光特性的影响

本文较为详细地阐述了球形粒子和多层微球光散射的基本理论,利用这两种理论模型计算了包覆柴油和水等不同介质层前后石墨的质量消光系数.计算结果发现,在所计算的范围内,当石墨外层包覆水时,包覆的水会造成石墨粒子消光性能下降;当石墨外层包覆柴油时,在一定的范围内(主要受波长影响),包覆的柴油有助于提高石墨粒子的消光性能;而当包覆的柴油量超过一定的范围后,包覆的柴油会造成石墨粒子的消光性能下降.     

沙尘暴对红外辐射的消光特性分析（特约）

基于Mie散射理论和Monte Carlo方法,分析了国内七种模态沙尘暴对0.86~20 μm波段红外辐射的消光和衰减特性。研究结果表明:对于小尺寸的沙尘粒子,在近、中波红外,消光效应主要是散射作用的结果;对于大尺寸的沙尘粒子,红外消光是吸收和散射共同作用的结果。比较了沙尘暴单次散射和多重散射产生的衰减率差异,多重散射的衰减率小于同一条件下的单次散射衰减率,差异随可见度的增大而减小,基于Monte Carlo方法计算的多重散射衰减率比消光系数更能全面反映沙尘暴对红外辐射强度衰减的影响。六种大颗粒模态沙尘暴比小颗粒模态沙尘暴的红外衰减强度大,衰减率基本随着波长的增大而增大;小颗粒模态沙尘暴的衰减率随波长的变化有明显的起伏,在7.9~12.5 μm范围内有峰值,在13~20 μm范围内衰减率对波长不敏感。     

生物凝聚粒子远红外波段消光特性

针对生物材料FANS 233D,采用显微红外光谱仪测定了材料在2.5~15 m波段的反射光谱,结合Kramers-Kronig （K-K）关系计算了生物材料8~14 m波段的复折射率。利用团簇-团簇模型模拟了不同分形维数的生物凝聚粒子的空间结构,通过离散偶极子近似法计算了具有分形特征的生物凝聚粒子在远红外波段的消光参量,并求出不同条件下生物凝聚粒子的质量消光系数。结果表明:在远红外波段内,相同原始微粒数生物凝聚粒子的分形维数越大,其消光性能越好,当生物凝聚粒子的原始微粒数为50,分形维数为2.00,质量密度为1 120 kg/m3时,质量消光系数最大可达到2.262 m2/g,且凝聚粒子的质量消光系数随着原始微粒半径的增大而缓慢增大。     

霾天气气溶胶谱分布特征分析

霾天气是一种常见的天气现象,它严重影响大气能见度和大气光传输。为了研究霾气溶胶的特性,利用粒子计数器对不同地区霾天气气溶胶实际测量结果使用Junge谱和对数正态谱对霾气溶胶粒子谱进行拟合,得到不同地区霾气溶胶粒子谱分布的特征,最后还分析了霾天气过程中气溶胶粒子大小随相对湿度的变化规律。     

矩量法计算烟幕粒子的红外消光特性

基于矩量法建立了旋转体烟幕粒子的红外消光模型,对圆片、等效球体和等效柱体等形状的石墨粒子进行了消光性能计算,研究了形状、尺寸、厚度等参数对粒子红外消光能力的影响.计算结果表明,小尺寸粒子以吸收消光为主,大尺寸粒子以散射消光为主;圆片形状的粒子具有最佳的红外消光能力,厚度变小时,圆片粒子对红外的消光能力显著升高;半径在1...     

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。     

1次沙尘暴天气的消光特性研究

沙尘暴是一种特殊的自然现象.为了分析沙尘暴对可见光和红外辐射传输产生的影响,利用米散射理论,对北京地区1次沙尘暴天气下沙尘粒子在可见和红外波段的消光进行了计算,并与沙尘暴来临前的测量结果进行了对比分析,得到了沙尘粒子在这些波段的消光特性,并根据激光雷达测量的数据,对沙尘粒子在红外波段的垂直消光廓线进行了反演.这对认识沙尘暴有很大的参考价值.     

太赫兹波段信号在雾中的传输特性研究

太赫兹（THz）波提供的通信带宽和容量远大于毫米波。与可见光和红外光相比,THz脉冲的波长较长,在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数,分析了不同THz波波长下,雾滴粒子消光系数随粒子尺寸的变化。结合雾滴粒子谱分布,考虑粒子群的平均体系散射特性,得到了不同波长下的平均反照率与相函数。最后分析了THz波段信号在不同能见度雾中的传输特性。结果表明:大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视,不同THz信号的水的折射率虚部的变化严重影响了THz信号在雾中的传输。     

烟幕粒子粒度的分形特征及红外消光性能研究

以分形理论为基础,提出了一种表征烟幕粒子粒度特征的指标——粒度分形维数(D),研究了烟幕粒子粒度的分形特征。研究表明,烟幕粒子的粒度分布是分形的,烟幕中大颗粒占的比例越高,粒度分形维数越小,基于米氏理论的红外消光性能也越好。粒度分形维数(D)可用于表征烟幕粒子粒度分布的特征,为烟幕系统的研究提供了一种新思路。     

Measurement of extinction cross-sections of dry and wet ice spheres at 35 GHz

Measurements at 35 GHz of the extinction cross-sections of sets of particles of ice simulating dry and wet hail are reported. An open-resonator system was used. Results are compared with values calculated by applying Mie's theory to spherical particles having a simple composition.     

我国海雾总体特点及其对中红外辐射能量衰减的分析

在对我国不同纬度海雾观测资料总结归纳的基础上,建立了我国海雾微物理结构的拟合分布模型,归纳了我国海雾的总体特点。标定了最常见海雾的尺度参数,并根据红外辐射在海雾中的散射与吸收特性,定量分析了不同海雾的消光系数,根据米氏散射定律定量计算了中红外波段下海面平流雾的散射衰减度,并据此与实验结果进行了比对,吻合性较好。根据米氏理论,在较浓平流雾条件下,雾滴为盐溶液时,中红外波段的消光系数均值为2.90,海雾消光系数随着尺度参数的增大呈现出单调减小的特点;而在纯水条件下,消光系数均值为3.35,消光系数随着尺度参数的增大而单调增加。     

Infrared extinction of the powder of brass 70Cu/30Zn calculated bythe FDTD and turning bands methods [military smoke screeningapplications]

The finite-difference time-domain (FDTD) method is used to calculate the specific extinction cross section of the powder of brass 70Cu/30Zn with 10³ to 2.16-10⁵ cubical particles for cell sizes in the range of 0.025 to 0.5 μm at infrared frequency. The digitized models with a random process using the turning bands method are simulated for the powder of brass 70Cu/30Zn. From theoretical calculations, the value of the specific extinction cross section of the powder of brass 70Cu/30Zn is between 0.1 to 4.6 m²/g. While from the experimental measurement, the value of the specific extinction cross section is between 0.58 to 3.78 m²/g. Most of the theoretical results make a good agreement with those obtained from the experimental measurements for the cell sizes of particles in the range of 0.925 to 0.5 μm. From the numerical calculations, it is also found that there is a resonant extinction value occuring at the resonant particle size d₀ which is approximately 2.54-n_p ^-0.293 μm determined by a least square curve fitting method, where n_p is the number of particles. The resonant value calculated by the numerical solution is larger than the maximum value obtained from the experimental measurement. The work has applications to military smoke screening     

多波长激光的大气消光系数相关性及实时反演计算研究

利用Mie散射理论并结合激光多点断层测量技术,得到了不同波长消光系数之间的相关关系.使用自主研制的激光遥感式后向散射能见度测量仪,利用实测数据得到了波长为1.06μm激光的大气消光系数,进而利用不同波长消光系数间的相关关系实时反演计算了波长为0.532μm、0.86μm、1.57μm和3.47μm激光的大气消光系数,并与实测波长为0.532μm的大气消光系数进行了比对,结果表明可以使用大气消光系数相关性实时反演计算红外辐射大气传输并建立红外辐射实时大气传输修正模型.