二元弯曲混合管出口结构参数对红外抑制器气动和辐射特性的影响

采用CFD和IR综合计算分析的方法,研究了不同结构参数的二元弯曲混合管对红外抑制器性能的影响。计算结果表明:与矩形出口的二元弯曲混合管相比,波瓣型面的混合管出口增加了排气出口周长,依靠粘性和剪切力的作用实现剪切混合,二次引射能力增强,抑制器整体引射性能最大提高了19.2%。同时,混合管壁面温度也显著降低,抑制器垂直方向上3~5 m波段的红外辐射强度峰值最高降低了13.3%;在波瓣瓣高一定时,波瓣数增加,红外抑制器整体引射系数先增大后减小,而总压恢复系数先减小后增大;在波瓣瓣宽一定时,瓣高增加,红外抑制器引射系数逐渐增大,而总压恢复系数逐渐减小,辐射强度峰值最大降低了11.6%。     

一体化红外抑制器排气出流对其气动和红外辐射特性的影响

经地面模型实验验证,数值仿真展示了一体化红外抑制器排气出流、模拟旋翼下洗气流和模拟前飞来流相互作用下的流动和换热特征,通过改变排气出流角度和模拟前飞来流速度,计算分析一体化红外抑制器引射、混合特性以及红外辐射强度空间分布的变化规律。仿真结果表明：模拟的前飞来流与排气出流相互作用后会造成局部排气不畅,前飞来流甚至倒灌入红外抑制器内,从而引起抑制器壁面局部高温,增加了抑制器整体红外辐射强度;改变排气角度可将之改善,且存在气动和红外辐射特性兼顾的最佳角度。前飞来流速度从15 m/s提高到55 m/s,抑制器内部高温壁面温度降低,抑制器红外辐射强度峰值在3～5μm波段降低约50%,在8～14μm波段降低约20%。红外抑制器的下洗气流进口加装弯曲导流片可以对内部混合管高温壁面进行遮挡,有效降低顶部视角的红外辐射强度。最佳排气角度下,利用排气下游隔板的遮挡,正对抑制器排气出口方向(底部视角)上的3～5μm和8～14μm波段红外辐射峰值分别降低约50%和33%。     

挡板构型对直升机红外抑制器气动与红外辐射特性影响研究

设计了一种具有引射结构的挡板用以遮挡红外抑制器内部高温部件,同时挡板结构引射环境冷气对其自身表面降温,以大幅度降低红外抑制器红外辐射。采用数值模拟的方法研究了弓形挡板构型对红外抑制器气动性能、温度场与红外辐射强度空间分布的影响。结果表明:与无挡板结构(Case0)相比较,挡板结构将二元引射喷管的引射系数提高115%,红外抑制器的热混合效率增加273%,但红外抑制器总压恢复系数降低7%,红外抑制器3~5 μm波段壁面和气体辐射强度峰值分别降低46%和72%。与单层弓形挡板(Case1)结构相比,设计较优的双层弓形挡板(Case3)可以引射环境冷气,引射系数达到0.1左右,并将其冷端表面平均温度从638 K降低到415 K,红外抑制器3~5 μm波段壁面辐射强度峰值降低84%,气体辐射强度峰值降低80%。总体来看,弓形挡板冷端表面温度受双层弓形挡板内部引射气流、弓形挡板冷端下游滞止涡和二元混合管窄边出口附近的回流冷气三者共同影响。     

直升机红外抑制器红外辐射特性的数值研究和实验验证

对波瓣喷管-弯曲混合管构成的直升机红外抑制器内空气动力学特性和红外辐射特性进行了数值研究,在计算过程中,有机地将三维流场数值计算、壁温计算与红外辐射计算结合起来,与相关实验数据的对比验证表明计算结果与实验结果仅相差15%左右,且红外辐射强度空间分布规律一致;通过对不同缩比模型的数值计算,揭示了模化比对壁面及羽流的红外辐射特性的影响规律.计算结果符合物理过程本质.     

制备工艺对Fe2O3-MnO2-CuO系常温红外辐射材料结构及发射率的影响

在不同温度下采用缓冷、急冷、淬冷的方法合成铁氧体尖晶石,比较其晶体的晶格畸变系数以及在常温下8μm～14μm波段发射率的大小差异,找到合成高发射率铁氧体尖晶石的较佳制备工艺.研究表明:在1090℃急冷条件下得到的铁氧体尖晶石发射率达到了最高0.936,形成了反尖晶石结构和混合型结构的尖晶石,并且得出在此温度下的急冷处理得到的晶格畸变系数达到最大.     

天空背景红外辐射亮度测量及其对目标探测的影响分析

天空背景的红外辐射特征对目标侦察探测具有重要意义。利用3μm～5μm中波、8μm～12μm长波红外测量设备对天空背景红外辐射亮度进行了测量,长波波段辐射亮度在3.7～13.6 W?m－2?sr－1,中波波段辐射亮度在0.05～0.48 W?m－2?sr－1,相同条件长波辐射亮度高于中波辐射亮度1～2个数量级;随着观测角增大,天空背景辐射亮度显著降低,同时太阳辐射、大气温度等因素也对天空背景辐射有较大的影响。利用测量结果仿真分析了天空背景辐射对目标侦察探测距离的影响,结果表明当观测角由9.6°降低到1.9°时,红外搜索跟踪系统探测距离会减少41.5%～46.2%。     

上升段气动加热对飞行中段高速飞行器红外辐射特性影响分析EI北大核心CSCD

飞行中段高速飞行器红外辐射特性是对其进行红外探测、识别及跟踪的基础。飞行中段高速飞行器红外辐射与表面温度密切相关,而飞行器表面温度又与上升段气动加热、空间环境热辐射、防热材料结构等有关,特别是上升段气动加热对飞行中段飞行器红外辐射的影响不容忽视。为获得复杂环境背景下高速飞行器在飞行中段的红外辐射,综合考虑上升段气动加热、环境辐射加热、表面辐射散热和结构热传导等主要因素影响,采用气动热工程计算模型、空间辐射加热、一维多层热传导计算方法,建立了高速飞行器红外辐射分析技术,实现了气动加热、环境辐射加热、自身辐射散热、结构热传导等多种主要因素影响下的高速飞行器飞行中段温度场和红外辐射分析。结果表明:上升段的气动加热会对飞行中段的高速飞行器红外辐射产生较大影响;在飞行中段,飞行器在长波8~12μm波段的红外辐射强度明显大于在中波3~5μm波段的红外辐射强度,选择8~12μm波段更有利于对飞行中段高速飞行器的探测。     

天气条件对车载红外辅助驾驶性能的影响

综合分析车载红外辅助驾驶安全制动过程、红外探测静态性能模型和动态性能模型,建立了辅助驾驶安全行车视距模型;分析了辅助驾驶最大安全车速与路况环境、红外探测性能之间的关系,发现其主要与滑动附着系数和探测距离相关;通过红外探测距离的修正计算,对夜间最大安全车速进行了仿真分析,结果表明良好天气条件下其主要受目标背景温差的影响;以雾天和雨天为重点进行了实例分析,结果表明:雾天主要对探测距离形成影响,特别是能见度小于1 km时影响加剧,能见度500 m时最大安全车速可控制在21 ～25 km/h,雨天对探测距离和滑动附着系数均会形成影响,辅助驾驶应以红外识别条件下的最大安全车速控制为主,降雨强度50 mm/h时最大安全车速可控制在12 ～14 km/h。     

采用低发射率红外材料对探测距离和概率的影响

为研究双机空战中目标机采用低发射率红外材料后对攻击机机载红外搜索跟踪系统探测距离和概率的影响,建立了飞机运动过程和机载红外搜索跟踪系统探测距离计算模型,得到了相向飞行、同向飞行和侧向飞行三种典型的双机空战过程中探测距离和概率随飞行时间、速度、轨迹的变化规律。计算中考虑了目标的光谱辐射特征、大气透过率和探测器性能等因素对探测距离和概率的影响。结果表明目标机采用低发射率红外材料抑制红外特征后,在相同探测概率的情况下,探测距离明显减小;在攻击机与目标机相同距离的情况下,探测概率明显下降。     

中波红外集成偏振光栅结构参数对偏振性能影响仿真分析

中红外集成偏振焦平面探测技术将偏振探测技术与中波红外焦平面成像探测技术融合,通过异质集成的方式实现偏振光栅和探测器的单片集成,具有体积小、质量轻,机械稳定性高等优势,可实现多偏振方向的同时成像。像元级的亚波长金属光栅可实现不同偏振方向的高消光比,然而金属材料的选择、光栅的周期、占空比、厚度等参数均会影响偏振探测器的偏振性能。给出了亚波长金属光栅的理论分析,建立了中波红外集成偏振HgCdTe探测器的偏振性能仿真模型,对不同光栅参数对探测器偏振性能影响进行了仿真分析,确定了Al光栅周期200~400 nm,占空比0.5~0.7,厚度＞100 nm的参数选择。仿真分析得到在±14°入射角范围内,偏振消光比变化较小。同时,引入了Si基HgCdTe探测器,仿真分析了SiO₂增透膜厚度对偏振消光比的影响,确定了SiO₂最佳厚度在500 nm附近,对Si基和CdZnTe衬底集成偏振HgCdTe探测器的消光比进行比对,得出了Si基探测器偏振性能更优。仿真结果可为中波红外集成偏振HgCdTe探测器偏振光栅的设计提供理论指导和参考。     

基于红外辐射特性的单波段红外图像被动测距

以单波段红外图像被动测距为研究背景,首先分析了凝视型红外探测系统的工作原理,将其工作过程分为入瞳前和入瞳后两个不同的阶段,其中第一阶段与目标距离相关,而第二阶段则决定于红外探测系统本身的传递函数,而后对图像像素灰度与入瞳处辐亮度之间的关系进行了表述;然后针对点目标与面目标的成像特点,分别计算了相应的目标与背景的入瞳处幅亮度差,得出:两者的红外辐射特性存在一致性.基于短时间内目标近似匀速运动的假设,推导了单波段红外图像被动测距方法.最后利用外场实测中长波红外图像对该算法进行了验证,并对测距结果和测距误差进行了详细分析.     

高超声速拦截弹绕流红外辐射特性数值模拟

研究拦截弹绕流红外辐射特性对红外导引头设计具有重要意义。基于求解化学非平衡Navier-Stokes方程的方法,对高超声速拦截弹化学反应绕流进行数值模拟。在此基础上,基于谱带辐射模型,对拦截弹侧面的光学窗口附近流场在0.8~20 m波段的光谱辐射特性进行数值计算,分析窗口附近流场红外光谱辐射随飞行参数的变化特征和规律。研究表明:拦截弹窗口流场光谱辐射主要来源于CO2和NO分子的振动-转动谱带;飞行马赫数一定,窗口流场光谱辐射沿飞行高度的变化规律主要由流场中气体分子的数密度分布主导;飞行高度一定,窗口流场光谱辐射随飞行马赫数的变化规律主要由流场温度控制,随着飞行马赫数增大,流场中NO分子的光谱辐射效应增强。     

湍流脉动对圆射流红外辐射特性的影响研究

为研究湍流脉动对高温燃气圆射流红外辐射强度的影响,利用大涡模拟方法计算了高温圆射流流场的温度和组分浓度等的瞬时值和平均值,在此基础上分别采用平均温度?辐射法和瞬时温度?辐射法计算了射流场的红外辐射特性。计算结果表明:瞬时温度?辐射法计算的平均光谱辐射强度、平均积分辐射强度和平均辐射亮度均高于平均温度?辐射法计算的结果;湍流脉动越大,掺混区越厚,两种方法的计算结果之间的差值以及射流场红外辐射的脉动幅值均越大,其中射流高温核心区尾缘附近是受湍流影响最强的区域;两种方法计算的平均红外辐射亮度之间的差值沿着径向逐渐降低。对于Re=86 000,环境温度与进口温度之比为0.35的圆射流,在90°探测方向上,瞬时温度?辐射法计算的总的平均积分辐射强度比平均温度?辐射法的计算结果高23.6%左右。     

某型涡扇发动机红外抑制方案数值研究

建立了带有波瓣混合器、加力燃烧室及中心锥的涡扇发动排气系统流场计算模型和3~5 m波段红外辐射特性仿真模型,并通过发动机地面辐射特性测试对计算模型进行验证。对降低壁面发射率、部件冷却及两种方案结合三种红外辐射抑制方案开展研究。结果表明:降低壁面发射率能抑制除90外所有方向的红外辐射;在0时,发射率每降低0.15,全部涂覆的抑制效果提高约16%;局部涂覆的抑制效果提高约14%;中心锥温度降低300 K,0~15的辐射抑制幅度达44%;喷管扩散段温度每降低25 K,在50方向能产生8%的抑制效果;当两种方案结合时,在0~5能够产生80%的抑制效果。在10~40产生50%的抑制效果。随着探测角进一步增大,固体辐射所占比例下降,抑制效果降低。     

坦克动力舱热流场及红外辐射特性分析

为了更好地揭示坦克动力舱的热状态及红外辐射特性,提高坦克战场生存能力,以某型坦克为例,利用商业软件fluent建立了舱内空气与流动的CFD模型。对于动力舱内热边界条件,由汽车仿真分析软件GT-SUITE给出,装甲板的温度场计算采用流固耦合的方法,使其转化为系统内部的边界,并考虑了太阳辐射的影响。最后根据装甲板温度场建立红外辐射特性计算模型,得到了稳态工况下动力舱的热流场和装甲板红外辐射特性强度分布图,可为下一步动力舱内热流场优化和红外特性抑制提供依据。     

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。     

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。     

无人机红外辐射特性计算与分析

将高精度的CFD技术和红外离散传递法相结合,建立了一套基于纳维－斯托克斯（N-S）方程和光谱辐射强度方程相结合的无人机红外辐射的数值模拟方法。采用CFD方法开展了某无人机蒙皮气动加热性能、发动机排气系统的温度和组分摩尔浓度分布计算,结合离散传递法开展红外探测敏感波段下蒙皮、尾喷口和尾喷焰三个主要辐射源的红外信号特性综合分析,研究了不同红外参数变化下全机外形特征、发动机喷管构型和尾喷焰流场分布对红外辐射贡献的影响,获得了一些可以指导无人机红外隐身设计有价值的结论。