再入体碳基防热材料烧蚀流场红外辐射模拟

烧蚀效应是高超声速飞行器目标特性分析评估中的重要问题之一。基于高温反应气体动力学方程与辐射输运方程,建立了飞行器表面防热材料热化学烧蚀流场及其红外辐射特性的计算模型和方法。以钝锥体弹头外形及其表面防热材料碳-碳为对象,研究了材料烧蚀效应对再入目标流场红外辐射特性的影响,分析了再入体烧蚀流场及尾流在不同波段红外辐射的分布特征和变化规律。研究发现：典型状态计算结果与试验测量及文献预测结果一致,表明烧蚀流场及红外辐射模型和方法的可行性;材料热化学烧蚀现象对再入流场红外辐射特性产生严重影响,使3～8μm波段尾流积分辐射强度增加一个量级以上,并随着尾流长度增加而增大;烧蚀流场红外辐射主要来自CO、NO和CO₂等化学组分,烧蚀对1～3μm波段流场红外辐射影响相对较弱;再入速度不变情况下,烧蚀流场在3～8μm波段红外辐射强度随再入高度降低而增强;再入高度不变情况下,烧蚀流场在同样波段红外辐射强度随着再入速度减小而减弱。     

硅基发光材料研究进展

阐述了等电子杂质、掺Er硅、硅基量子结构(包括量子阱、量子线和量子点)及多孔硅的发光机理,综述了90年代以来a-Si/SiO2、SiGe/Si等Si基异质结构材料的优异特性和诱人的应用前景,着重介绍了能带工程为Si基异质结构带来的新特性、新功能,重点介绍了硅基量子点的制备和发光机理,综述了半导体量子点材料的最新发展动态和发展趋势。     

硅基发光材料和器件研究的进展

发光器件和集成电路都是信息技术的基础。如果能将它们集成在一个芯片上,信息传输速度,储存和处理能力将得到大大提高,它将使信息技术发展到一个全新的阶段,但是,现在的集成电路是采用硅材料,而发光器件则用ｉｌｌ－Ｖ族化合物半导体。Ｉｌｌ－Ｖ族化合物半导体集成电路,虽然经过多年的研制,但至今还不成熟。因此,研究硅基发光材料和器件成为发展光电子集成的关键。本文评述了目前取得较大进展的几种主要硅基发光材料和器件的研究,包括掺铒硅、多孔硅、纳米硅以及 Ｓｉ／ＳｉＯ_２等超晶格结构材料,并展望了这些不同硅基发光材料和发光器件在光电集成中的发展前景。     

21世纪的硅基材料--SOI

介绍了SOI材料的发展及主要制备技术 ,对其应用前景也作了详尽论述。     

硅基光电子学中的SOI材料

SOI材料是近年来应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料。本文首先简要介绍了常见的SOI材料的制备方法,包括注氧隔离（SIMOX-SOI）、硅键合背面腐蚀（BE-SOI）和注氢智能剥离（Smart Cut）等,并比较了它们各自的特点和优劣。其次介绍了SOI材料加工制造波导的基本工艺,包括光刻和刻蚀,其中刻蚀又分为干法刻蚀和湿法腐蚀。     

高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟

喷流反作用控制系统（Reaction Control System, RCS）热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型,通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程,对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷干扰流场及其红外辐射特性进行了数值模拟,分析了二次燃烧效应、不同飞行条件以及不同观测角度对流场红外辐射特性的影响。研究表明:典型状态喷流辐射计算与实验测量结果一致,流场与红外辐射数值方法具有较好的适应性;飞行器RCS工作所形成热喷干扰流场的红外辐射,主要由喷流燃气中的CO₂和H₂O组分贡献,其中CO₂对辐射的贡献更大,流场中二次燃烧效应对流场辐射强度有显著影响,在20 km高度下可使流场辐射强度提高一倍以上;随着马赫数/高度的增加,流场辐射强度均呈现先略有减小,后增大的趋势,随着高度增加,二次燃烧效应对流场辐射强度的影响明显减弱;由飞行器RCS工作引起的辐射增量十分显著,俯视观测以及3~5 μm波段的目标辐射强度最大。文中的研究结果可为飞行器探测跟踪提供参考。     

硅基光波导材料的研究

光波导是集成光路及其元器件中最基本的构成单元。本文介绍了各种不同类型的光波导材料的特性。硅材料作为目前研究得最透彻的半导体材料,它在光电子领域的应用也是令人关注的。硅基光波导材料种类繁多,主要包括聚合物、外延硅/重掺杂硅、SiO₂,SOI和SiGe/Si等。硅基光波导材料是实现硅基光波导器件的基础,本文阐明了它们各自的特点和应用前景。其中聚合物、SiO₂和SOI波导是目前研究的热点。     

SOI——纳米技术时代的高端硅基材料

绝缘体上硅(SOI)是纳米技术时代的高端硅基材料.详细介绍了SOI在半导体技术领域中的应用,以及近年来为满足SOI的特殊应用要求研发的多种SOI新材料及其制备技术;综述了绝缘体上应变硅(sSOI),绝缘体上锗(GOI)等SOI技术的现状和发展动向;最后,对SOI技术的发展前景进行了展望.     

分子束外延硅基碲镉汞材料技术研究现状

目前,高性能大面阵中波及短波红外探测器已经得到了越来越多的应用。材料参数控制精确、材料质量良好的碲镉汞材料是获得高质量碲镉汞探测器的先决条件。报道了华北光电技术研究所在分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)生长硅基中波及短波碲镉汞材料方面的最新研究进展,并介绍了现阶段MBE生长碲镉汞材料的研究现状。     

硅基PIN光电探测器结构参数对其性能的影响

对硅基PIN光电探测器器件模型进行了理论分析,讨论了硅基PIN光电探测器的I-V特性与器件的i层厚度和整体宽度的变化关系,并进行了仿真分析。实验结果表明,随着i层厚度从5μm增加到70μm,器件的正向电流逐步减小,且i层厚度与其正向电流成反比;随着器件宽度从50μm增加到90μm,器件的正向电流逐步增大,且器件宽度与其正向电流成正比;引入保护环结构可以明显降低器件的暗电流。对PIN器件的结构参数进行了优化设计,结果表明在所设置的器件工艺条件下,当器件的i层厚度为50μm、整体宽度为70μm时,器件的性能最佳。     

高温井下可燃气体传感器选型研究

为实现钻井过程中井下可燃气体的准确检测,本文针对现有的气体检测方法进行了研究。通过研究基于红外吸收原理、热导原理、光声光谱原理、半导体电导率变化原理、催化燃烧原理和拉曼光谱原理的气体检测方法,综合对比各类方法的优缺点和适用性,并根据钻井过程中的实际情况要求,最终选择了催化燃烧式可燃气体传感器作为钻井过程中井下可燃气体检测的传感器。理论分析表明此类传感器可以实现井下高温可燃气体的检测。     

强脉冲激光金属表面烧蚀热场的数值仿真

用有限差分法对强脉冲激光难熔金属表面烧蚀过程的温度场进行了三维数值仿真计算。计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射的脉冲激光在时间与空间上的分布以Ｇａｕｓｓ分布考虑,同时考虑工件尺寸、工件材料热物理性质及对流辐射造成的表面热损失等对温度场的影响。文章应用交替方向隐式方法建立差分方程,对该数学模型进行计算,数值模拟了难熔金属钛、钼在强脉冲激光烧蚀下的温度场变化,并将数值解与热导方程的解析解进行了分析     

非均匀热气体红外辐射特性计算与仿真

非均匀热气体由于内部空间点的温度、密度、组分及压力各不相同,其红外辐射特性的计算十分困难.为了计算非均匀热气体的红外辐射特性,首先从分析非均匀热气体特点和均匀热气体的谱带模型出发,以原子分子辐射理论为基础,结合谱线的碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,利用单谱带模型Cunis-Godson(C-G)近似法对非均匀热气体谱带模型所用到的谱带模型参数进行了计算,提出一种计算非均匀热气体红外辐射特性的方法.最后,应用此方法计算了某单发动机喷气式飞机在非加力状态下尾焰3～5μm的红外辐射强度,计算结果与文献中给出的实际测量的尾焰红外辐射数据能较好地吻合,计算仿真结果验证了该方法的正确性.     

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。     

圆形烧蚀光斑的纵波声场分析

圆形烧蚀光斑具有轴对称性且易于获取,在激光超声检测中有着广泛的应用。为了获得相应的纵波声场特性,建立了激励源模型,讨论了近场中声轴上声压幅值分布情况并获得了近场长度。利用面积积分,推导出声压振幅的表达式,并对远场中的声场能量进行了模拟。通过分析发现,远场中的纵波能量关于声束轴线呈对称分布,并且在轴线上达到最大值,此外光斑大小直接影响着纵波声场指向性。搭建了一套激光超声非接触式测量系统,基于互易原理并根据传播距离修正信号振幅,获得了指向性实验数据,验证了理论分析结果。     

矢量匹配结合递归卷积法计算GIS外壳辐射场

提出了一种计算气体绝缘变电站（GIS）金属外壳暂态辐射场的新方法：首先运用矢量匹配法对用NEC计算的频域格林函数进行拟合,拟合结果在时域内表示为指数函数和的形式;然后利用递归卷积在时域内直接计算实际输入下的辐射场。该方法不仅可以提高计算精度,降低计算时间,而且克服了快速傅立叶变换存在的不可避免的问题。通过对一125kVGIS金属外壳暂态辐射场计算结果与测量结果的比较,验证了方法的正确性与可行性。     

光场力对烧蚀物时空分布的影响

对烧蚀物的时空分布进行了研究。烧蚀物离开靶材表面时的速率分布由蒸发机制决定,在激光作用时间内烧蚀物的传输行为由扩散机制和光场力机制共同决定,激光作用结束后烧蚀物的传输行为由扩散机制单独决定,并解释了烧蚀物的时空分布及烧蚀物趋光运动的现象。     

可燃材料对自燃型诱饵剂红外辐射性能的影响

为提高某种金属粉(代号TZ)与氟橡胶为基的自燃型诱饵剂的红外辐射强度,采用药剂中添加钛(Ti)粉、硼(B)粉的方法,借助红外热像仪对诱饵剂燃烧及红外辐射特性进行了实验研究。结果表明,添加Ti粉、B粉均能够减少诱饵剂燃烧时间,提升其红外辐射性能。Ti粉和B粉添加比例分别为8%和10%时,诱饵剂燃烧时间最短,Ti粉能够把诱饵剂燃烧时间从60 s减少至40 s,B粉可将其减少至32 s;且此比例下诱饵剂的燃烧温度、红外辐射亮度和辐射强度均达到极值。这说明燃烧剂的加入可以有效提高诱饵剂的辐射性能,B粉的影响要大于Ti粉对诱饵剂辐射性能的影响。     

基于多元线性回归的高温图像温度场计算

论文针对用计算机图像处理技术计算温度场存在测温误差大,应用效果不理想的问题,以Plank辐射定律为基础,提出了一种基于多元线性回归的新方法,该方法论证了温度T和图像R,G,B亮度值的关系,数值模拟显示该方法具有简便易行、计算精度高的优点,结合现场环境改进后可以用于高温图像温度场检测。     

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。