红外探测器对高超声速飞行器的作用距离分析

为了对临近空间高超声速飞行器进行有效探测预警,计算天基红外探测器的作用距离。首先分析不同的对比度的区别,根据探测几何关系,考虑到目标、背景到探测器之间的大气透过率差异、路径辐射的影响,构建了基于表观对比度的作用距离模型,给出了逐步逼近的求解流程,同时指出模型中的参数仅是波长的函数,与探测距离无关。然后根据实际的飞行器和海洋背景,对天基红外探测器的作用距离进行仿真计算,仿真指出,侧视探测方向下可以取的最大的作用距离;相同速度和探测方向下,中波波段的作用距离均高于长波波段;随着飞行速度的增加,中波波段作用距离的增加量要大于长波波段。     

高超声速飞行器红外探测窗口辐射透射特性研究

高超声速飞行器在飞行过程中受到强烈的气动加热,位于头部的红外探测窗口温度上升显著,辐射透过率下降的同时自身发射辐射大幅增强,致使内部的红外探测器信噪比下降,严重情况下可能失效。对超声速弹头弹道末端蓝宝石红外探测窗口的气动加热-非稳态温升过程及其3.7-4.8μm波段红外辐射透射特性进行数值模拟,结果表明:平均温度已经不能准确反映蓝宝石窗口的红外透射特性及其对红外探测器灵敏度的影响;存在一个最优的红外探测窗口厚度,该厚度下红外探测器在弹道末端的灵敏度达到最佳。     

高超声速飞行器红外窗口热辐射特性试验

对于大气层内的高速飞行器,强烈的气动加热使红外探测系统的红外窗口温度迅速上升,成为气动热辐射效应的主要因素,导致红外探测系统的探测距离、识别概率、跟踪精度等性能下降,甚至失效。通过简化红外窗口热辐射传输模型,设计了一种红外窗口热辐射特性试验平台,并对某蓝宝石红外窗口在中波红外3.7~4.8 m波段的热辐射特性进行试验研究。研究结果表明,在100~350 ℃高温范围内,该红外窗口热辐射特性与温度近似呈现3次方关系,随温度升高,透过率下降约16%,而自身辐射持续增强,幅度最高在100倍以上,对红外探测系统造成的影响比透过率要大得多。     

临近空间高超声速飞行器红外特性建模仿真

本文针对临近空间高超声速飞行器的红外特性进行建模仿真与分析.以美国X-51A的飞行器模型为例,综合考虑目标的运动状态、大气环境等的影响作用,使用FLUENT软件和SE-WORKBENCH-EO软件建立目标三维温度场模型和红外特性模型,并分析其红外特性.     

临近空间高超声速飞行器红外辐射特性分析

为了对临近空间高超声速飞行器进行有效探测和预警,以X-51A为例,计算火箭助推段、超燃发动机工作段和无动力滑翔段、飞行器蒙皮、喷管和尾焰的双波段红外辐射特性.红外辐射计算的关键在于温度和有效辐射面积的确定.根据修正Lees驻点热流密度方法和辐射平衡时的辐射传热公式,计算出蒙皮的温度.用加力燃烧的涡喷发动机模型近似计算喷管的温度.把导弹尾焰温度分布场模型进行三段式简化,模拟出尾焰的红外辐射特性.仿真结果表明,在X-51A的不同飞行阶段,从不同探测角度观察到的各辐射部位对总体红外辐射贡献率差异较大;速度对蒙皮的红外辐射影响较大,而喷管和尾焰的红外辐射与火箭和超燃冲压发动机的燃烧状态有关.分析指出,当高超声速飞行器飞行姿态发生变化,或者在不同的飞行阶段,更适合采用双波段进行探测.     

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。     

星载红外传感器探测距离研究

基于最小检测信噪比准则，研究了在考虑背景环境下星载红外传感器最大探测距离的估计方法。分析了星载红外探测系统目标的背景辐射特性，在此基础上推导出在考虑背景情况下星载红外探测器的探测距离方程，并对其进行分析。这可以为星载红外传感器系统的设计提供理论指导。     

高超声速飞行器控制研究综述

和以往的航空航天器相比较,高超声速飞行器存在诸多控制难点,譬如:建模困难、耦合严重、参数发生剧烈时变等。高超声速飞行器的控制,具体是探究吸气式高超声速飞行器巡航控制状况与无动力高超声速飞行器返还再入控制状况。文章是针对高超声速飞行器控制展开的具体探究,为相关人员提供参考意见。     

临近空间飞行器红外探测距离估算

传统的红外探测距离模型主要用于地面目标的检测, 载机飞行高度也比较低。在凝视型红外热探测器的基础上, 对临近空间的大气环境进行了详细分析, 建立了背景辐射模型。在此基础上提出了临近空间飞行器的红外探测距离模型, 对红外波段适用范围进行了讨论。计算结果表明, 在临近空间环境下, 红外波段都有较好的探测结果, 在短波下探测时, 背景辐射对其探测结果影响很大。     

高超声速滑翔飞行器全程总红外辐射最小的轨迹优化（特邀）

为降低高超声速飞行器再入过程中,产生的气动热辐射对红外探测窗口性能的影响,从轨迹优化的角度,以再入飞行全程驻点总红外辐射为目标函数,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)的高超声速飞行器轨迹优化算法。首先,通过Tent混沌映射和控制因子余弦变化改进WOA,改进算法位置更新时的位置指向性,增强算法全局搜索能力;同时,将再入轨迹优化问题转化为控制量剖面参数优化问题,采用倾侧角一次翻转策略,利用普朗克公式计算驻点红外辐射,并设计目标函数,利用阻力加速度再入走廊处理路径约束,采用罚函数法将终端约束同目标函数相结合;最后,利用改进的WOA对设计的控制量剖面进行参数寻优,获得使目标函数最优的解。仿真实验表明: 文中改进的WOA能够有效完成全程总红外辐射最小的再入轨迹优化任务,全局搜索能力强,且具有较好的鲁棒性。     

不同背景下高超声速飞行器红外可探测性分析

为了选择设计红外预警卫星的最优探测谱段范围,采用一种基于目标与背景对比度确定探测谱段的方法,在综合考虑目标、背景及探测方向等因素、结合探测器参量的前提下,分别对类HTV-2飞行器在不同工况、不同观测角度和不同波长范围内的辐射强度、多种地球/大气背景辐射及不同情况下的目标背景对比度进行了理论分析和仿真。结果表明,针对类HTV-2飞行器,正俯视观测时,在30km高度、马赫数Ma=7和50km高度、马赫数Ma=17两种工况下,任一背景下,目标与背景对比度在2.65μm~2.85μm谱段处都较大。该结果对探测这一类目标时的谱段选取具有重要参考价值。     

基于空间应用的红外探测器驱动电路设计

以空间应用为目的,提出基于国产1024×6长波红外探测器的驱动电路设计方案。该方案利用LDO和电压跟随器产生探测器需要的驱动电压。通过对该方案进行论证及在某型号空间相机中应用,证明该方案切实有效,能够较好的满足空间应用需求。     

空间红外探测器用制冷驱动电路母线电流分析

电流分析是制冷控制器减功耗设计的重要研究内容。本文基于simulink对某42 V供电大功率制冷驱动电路母线电流进行了仿真研究,分析了负载电流、H桥电源电流、母线电流的关系;着重分析推导了母线滤波电感IL1、滤波电容IC1与调制比ρ、负载电流IM1的数学关系。结果表明,IL1极大值、IL1均值、IL1有效值、IC1极小值、IC1均值与ρ和IM1满足线性关系,其中IL1有效值≈0.612ρIM1极大值;而IC1有效值随ρ先增大后减小,极值出现在ρ=0.8附近,IC1-rms=12.32/RM1+0.98exp-ρ-0.78/0.572。该结果可以用于指导单机的热设计和小型化设计。     

临近空间高超声速导弹红外特性研究

研究临近空间高超声速导弹的红外辐射特性,对于反临近空间武器系统侦察监视临近空间目标具有重要意义。通过对临近空间高超声速导弹X-51A试验飞行过程的研究,深入分析了高超声速导弹的红外辐射特征,并建立其红外辐射模型。以导弹蒙皮、发动机及尾喷焰作为高超声速导弹的主要红外辐射源,以X-51A试验飞行器为参考,计算临近空间高超声速导弹在3~5μm和8~14μm波段在不同方向上的红外辐射强度,并针对计算结果进行了分析。     

考虑探测器非理想性的红外偏振成像系统作用距离分析

为实现传统红外成像系统与红外偏振成像系统探测能力的比较,基于系统的最小可分辨温差和最小可分辨偏振度差,分别建立了二者的作用距离模型,讨论了非理想探测器的参数对系统探测能力的影响,并设计了相应实验,验证了建立模型的可靠性,为实际探测中不同应用场景下的成像系统选择提供了参考。     

飞行器的红外特性

飞行器红外特性研究对许多工程问题有重要意义。文中讨论了飞行器的三种主要红外辐射源即羽流,热空腔－羽流组合体,蒙皮的红外特性。较具体地讨论了飞机在非加力和加力状态下三种辐射源的辐射特性,包括空间特性和光谱特性。同时提供了实测数据作比较,还讨论了飞行器红外特性计算方法的发展及评估。     

高超声速飞行器绕流流场电磁散射特性分析

采用七组元化学反应模型,数值模拟高超声速飞行器流场.基于流场结果,用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分方法计算了P、L波段飞行器流场的后向雷达散射截面积(Radar Cross-Section,RCS)频率特性及双站散射特性,并分析了入射波频率和双站角对RCS的影响.结果表明:在计算频率范围内,等离子鞘套流场后向RCS基本上比飞行器本体后向RCS小,攻角对流场RCS有所影响,当入射波频率和等离子体特征频率相近时,等离子鞘套改善飞行器的隐身性能;入射波频率为1 GHz时,飞行器等离子鞘套流场和飞行器本体的双站RCS随双站角的变化交替变化,无明显规律.