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。     

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。     

飞行器红外辐射计算及图像生成技术研究

飞行器红外成像的关键技术是将接收的红外辐射能量转换为可见的灰度图像.基于飞行器红外辐射特性和红外传感器的成像原理,提出了一种利用射线跟踪(Ray tracing)结合反向蒙特卡洛法(RMC)的飞行器目标红外辐射图像生成技术的实现方法.首先利用三维建模软件建立飞行器的几何模型,并利用商业软件ICEM对模型进行网格划分,然后基于流体力学基本守恒定律——N-S方程组的基本原理,利用Fluent软件对飞行器外流场进行数值模拟,获得飞行器的温度场分布,最后利用反向蒙特卡洛法对射线的辐射传递过程进行概率模拟计算,利用MODTRAN进行了大气传输衰减的透过率计算,利用射线跟踪技术获得了飞行器的红外辐射图像.     

航空发动机红外辐射实验与仿真

为研究航空发动机红外辐射分布规律和尾焰红外辐射特征,对地面试车条件下的某型发动机进行了红外辐射特性测试实验。实验结果表明:发动机红外特性在不同的Ma 数下变化较小,但因低压压气机出口的温度随飞行Ma 数增大而升高,发动机外壁面的红外辐射随之增加;发动机混合室璧面红外辐射最为强烈,其红外辐射强度随飞行Ma 数的增大呈非线性增大;尾焰的红外辐射呈现梨形包络,发动机在后方的辐射明显强于前方。在地面试车条件下,文中开发的尾焰红外辐射仿真程序的计算结果与实测结果基本吻合,相对误差不超过15%,并且其空间分布基本一致。     

飞机发动机尾流流场数值模拟与红外特性计算

建立飞机尾喷管的三维几何模型,利用Fluent 6.3.26软件对喷管外的流场区域进行数值模拟,基于发动机完全燃烧假设得到尾焰流场温度、压强等流场数据。利用K-分布法计算尾焰气体辐射参数,采用反向蒙特卡洛法(RMC)对气体红外辐射特性进行了计算,最终获得尾焰的红外辐射图像。     

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。     

基于Fluent的飞机红外辐射特性建模与仿真

建立飞机几何模型进行非结构化网格处理,基于Fluent软件对飞机在外流场作用下的气动热进行了数值模拟计算,综合考虑尾喷管、尾焰辐射对飞机机身温度的影响,获得飞机表面的温度分布数据,然后基于反向蒙特卡洛法建立飞机机身红外辐射特性计算模型,利用辐射传输方程计算尾焰红外辐照度,通过灰度转换获得飞机的红外图像.     

飞行器蒙皮红外辐射特征的反向蒙特卡罗计算与分析方法

建立了飞行器蒙皮红外辐射特征计算的理论模型,较为完整地考虑了各种热源对蒙皮温度的作用,包括气动加热、发动机热部件以及各部分的传导、对流和辐射.利用反向蒙特卡罗(RMC)法,并结合表面的多重遮挡算法,计算了飞行器复杂几何外形之间的辐射特性,分析了飞行器表面在8～14 μm空间特定方向上的红外辐射特征.结果表明:飞行器马赫数是影响其8～14μm红外辐射特征的重要因素之一,在超音速飞行状态下,气动加热对红外辐射特征的影响比亚音速的大;减小蒙皮表面发射率降低了它的红外辐射强度.该方法可为飞行器表面红外辐射特征计算提供参考.     

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。     

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。     

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。     

利用有限差分法计算空间目标红外特征

空间目标的红外辐射特性是对空间目标进行探测与识别的重要依据.首先分析了空间目标与外界环境的热交换关系,确定了目标表面的边界条件,推导出边界单元的有限差分形式,针对空间目标的遮挡问题.开展了判断方法的讨论,为准确计算目标的表面温度场奠定了基础.其次利用有限差分法求解其导热微分方程,获得了目标表面温度场分布特性;将总红外辐射分解为自发辐射和反射辐射两部分,分别给出了计算自发辐射强度和反射辐射强度的计算式.最后以某空间目标为例,利用数值方法计算表面温度场,并在此基础上计算了红外辐射强度的空间分布,对计算结果进行了分析.     

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。     

利用声波法重建舰船排气温度场及红外辐射强度

为了提高舰船排气红外辐射监测水平,提出了一种基于声波法的排气烟羽温度测量和辐射强度计算方法.利用声速与温度的关系,建立排气温度场声学测量模型,通过声波传感器测量的声波传递时间,重建排气烟羽温度分布.利用该温度分布,通过解算红外辐射模型,获取排气红外辐射强度.通过仿真实例对该方法进行了验证,仿真结果表明:基于声波法的温度场重建方法在5%的测量误差水平内具有良好的重建效果,基本解决了舰船排气温度场和辐射强度实时计算的数学模型问题,为进一步开展舰船红外辐射实时监测技术的实船应用奠定了基础.     

All-optical switching of infrared optical radiation using isotropicliquid crystal

Experimental results of the transmission to total-internal reflection switching of a step-on CO₂ laser beam by a dielectric-clad, isotropic liquid crystal film is presented. The use of the isotropic phase allows for polarization independence of the processes, while maintaining a moderate thermal nonlinearity. Dependence of switching speed on incident angle and energy density is evaluated. Experimental observations of the nonlinear switching effect with microsecond CO₂ laser pulses are also presented     

红外图像的光流计算

图像光流的计算不需要在图像序列中建立特征之间的对应关系，因此光流法在计算机视觉的众多领域，包括运动物体的参数估计和目标跟踪方面都有广泛的应用，由于红外图像的噪声相对较大，光流法很少用于红外图像中目标的运动参数估计和跟踪，这里，使用几种常用的光流计算方法对部分实际红外图像进行了光流场计算。结果表明，当选择合适的方法或计算方法进行一定的改进时，这些红外图像可以得到比较接近实际情况的目标光流场，进而应用于红外图像中的目标分割，运动状态分析与目标跟踪等领域。     

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。     

Accurate computation of the radiation from simple antennas usingthe finite-difference time-domain method

Two antennas are considered, a cylindrical monopole and a conical monopole. Both are driven through an image plane from a coaxial transmission line. Each of these antennas corresponds to a well-posed theoretical electromagnetic boundary value problem and a realizable experimental model. These antennas are analyzed by a straightforward application of the finite-difference-time-domain (FD-TD) method. The computed results for these antennas are shown to be in excellent agreement with accurate experimental measurements for both the time domain and the frequency domain. The graphical displays presented for the transient near-zone and far-zone radiation from these antennas provide physical insight into the radiation process