加装红外抑制器的直升机红外辐射的计算及测量

计算了光谱在3～5 μm及8～12 μm范围内,加装与机身结构一体化红外抑制器的某型直升机排气系统的红外辐射特性.计算中考虑了排气系统部分蒙皮的红外辐射、双喷管发动机喷气流的红外辐射、背景辐射及大气的吸收衰减对直升机排气系统红外辐射信号的影响.实验发现,一架加装与机身结构一体化红外抑制器的直升机排气系统红外辐射特性的计算结果,与实测结果基本一致.     

大气及地面红外辐射对高空飞机长波低发射率红外隐身效果的影响

计算分析了蒙皮反射的大气及地面红外辐射对高空飞机采用低发射率材料的红外隐身效果的影响.蒙皮温度采用恢复温度,红外辐射采用反向蒙特卡罗法计算.考虑了夏季和冬季两种典型大气和地面条件,亚声速巡航和超声速巡航两种飞行状态.结果表明:蒙皮对背景红外辐射的反射使得低发射率材料对飞机红外辐射强度的抑制效率降低1.5%~6%;考虑反射的背景红外辐射时,探测距离增加20%~70%;背景红外辐射对低速飞机的红外辐射影响较大,且夏季比冬季更明显;当飞行速度较低时,降低飞机上表面发射率,当飞行速度较高时,降低飞机全部表面的发射率,可获得更好的红外隐身效果.      

空间目标的空基红外测量技术

地基红外测量系统由于受大气衰减和天空背景的影响,对空间目标的探测能力有限。针对此问题,提出了采用空基红外测量系统实现空间目标红外特性测量的设想,通过从决定红外测量系统探测能力的信噪比和调制对比度2个方面出发,推导出了红外测量系统作用距离公式。并利用大气传输软件计算了长波红外在不同高度下的大气透过率、天空背景,理论分析给出了不同高度的空基红外测量系统对不同辐射面积空间目标的探测距离。仿真结果表明,当空基平台高度大于10km时,长波红外不仅可以观测到光照区内的低轨空间目标,而且还可以观测到阴影区内辐射面积不小于40m~2的低轨空间目标。     

导弹逼近红外告警技术研究

同脉冲多谱勒雷达告警相比，红外告警属于光电子无源告警，具有隐蔽性好，告警器体积小重量轻等优点，本文概述了导弹逼近红外告警的功能，细致分析了导弹等目标的红外辐射特征和红外辐射的大气传输情况。研究了导弹逼近红外告警系统工作波段的选择。     

球形离散颗粒抑制尾喷流红外辐射传输数值模拟

以气溶胶烟雾红外抑制技术为背景,以Mie散射理论为基础,利用Fluent软件计算获得气固两相流场,采用射线踪迹法(RTANM)编制红外辐射传输计算程序开展了球形固体微粒环尾喷流喷射抑制喷流红外辐射传输数值模拟研究.研究参数主要考虑颗粒本身的光学特性以及颗粒在喷流射流中的扩散规律对抑制效果的影响.研究表明,各种影响因素中粒径对红外抑制率的影响最为显著,3～5μm范围内粒径在1.0μm左右最佳.      

PIV技术在复杂二相流场中的应用

光学元器件随飞行器在大气中飞行时,其工作性能越来越多地受到大气悬浮汇聚微粒的影响。大气微粒在复杂流场中呈现何种运动汇聚效应,对于合理准确评估机载光学元器件的工作效能具有十分重要的工程意义,而复杂气动流场中微粒分布状态的预估一直是飞行器外界环境研究中的一个难点。气动问题的复杂性、大气中微粒的多样性一直是制约各种试验手段展开、数值模型建立的主要因素。利用先进的激光粒子图像技术,在风洞中对舵面旋涡主导的复杂流场中的微粒速度及分布特性进行了实验研究。在测量舵面翼梢脱落旋涡特性的基础上,通过激光片光扫描流场全域,同时高帧频CCD相机同步曝光,利用PIV 拍摄到的流场中涡流截面内微粒分布的瞬态图像。结合图像后处理技术,对原始粒子图像进行互相关、二值化处理,通过对图像区域内的灰度值计算,统计相对流场截面内的粒子浓度系数,得到在复杂旋涡结构流场内瞬态粒子的分布特性规律。研究结果表明,利用大气中微粒在激光片光下的米氏散射原理,可以有效地拍摄到复杂流场结构下粒子光学散射及分布的特性图像,解决了传统环境测试设备无法对复杂条件下流场内粒子分布进行实时测量的缺陷;在旋涡为主导的流场中,大气中的微粒由向心力牵引,在涡核周围达到平衡运动状态,微粒环绕涡核形成一条环状带,这一区域中的粒子浓度系数要远大于自由流场中的微粒,涡核中心粒子呈“空洞”状态。     

飞行器红外隐身效能工程评价方法

 针对飞行器的红外隐身问题,推导出红外辐射对比度与作用距离的理论关系,采用指数拟合获得大气透过率与作用距离的近似关系表达式,简化了对作用距离的计算,并通过实际算例考察了目标表面温度、目标发射率和飞行速度对红外辐射对比度及作用距离的影响。结果表明：对比度和作用距离随目标表面温度、发射率及飞行速度的下降趋势基本一致;在一定条件下,对比度可代替作用距离作为评价目标红外隐身效果的简单、快速的参数,对比度越小目标的红外隐身效果越好。对比度的计算快速、准确、灵活性强和适用范围广,为今后进一步对飞行器的红外隐身研究提供一定的理论参考。     

固液混合火箭发动机喷焰红外辐射特性分析

为了研究固液混合火箭发动机喷焰在不同飞行状态的红外辐射特性,建立了固液两相状态下喷焰的红外辐射计算模型,获得了喷焰在2~12μm波段的红外辐射.将喷焰的温度、压力、摩尔组分等作为输入条件,米氏散射(Mie)模型计算颗粒相的散射,采用有限体积法(FVM)离散辐射传递方程,利用中分辨率大气辐射传输(MODTRAN)模型计算不同观测距离的大气透过率,编程计算得到不同飞行高度,不同观测方向下喷焰的红外辐射.结果表明喷焰红外辐射亮度与温度分布类似,在2.7~3.0μm和4.2~4.5μm波段范围内的辐射较强,高温粒子在近红外比远红外对总辐射的贡献大,太空与地面观测不同飞行高度的发动机喷焰辐射率因大气衰减的不同而有所差异,可为目标跟踪与发动机设计提供参考.      

基金档案

[项目编号]20070112001[项目负责人]梁晓庚[依托单位]中国空空导弹研究院复杂背景下红外背景抑制与弱目标识别完成情况简介：本项目主要开展：1）利用目标的几何特性和表面材质计算其红外辐射,然后通过大气衰减和成像器模型得到目标在图像中灰度,最后与真实的红外背景叠加,获得红外弱小目标仿真图像。     

航空发动机排气系统红外辐射特征数值计算研究

基于N—S方程,建立了某型发动机排气系统的数值计算模型;利用辐射传输方程（RTE）积分法所编制的红外辐射特征计算程序,计算了该发动机在地面工作状态下的红外辐射特征分布;在加力状态下,考虑了soot粒子的光谱吸收与发射。分析了水蒸气、二氧化碳、一氧化氮和一氧化碳气体介质的红外光谱吸收与发射,并考虑了红外辐射在大气中的传输,最后给出了在3.0～5．0μm波段内排气系统的红外辐射强度分布。     

Infrared detection,review of existing and future devices

I present the current status of arrays of detectors operating in the 1–200 micron range, restricted to mature devices, and two recent concepts of infrared detection which could lead to future developments.     

冷却抑制二元收扩喷管红外特征的模型实验与数值研究

为研究二元收扩喷管排气系统的红外特征及其采取冷却措施后的红外抑制效果,设计了带有冷却结构的喷管实验模型,测量了3组实验状态下的喷管壁面温度和红外辐射强度分布,分析了喷管腔体内各部件的辐射贡献大小。研究结果表明:二元收扩喷管排气系统的积分辐射强度在0°方向上最大,并且随着角度的增大而减小;扩张板的壁面温度下降21.1%,侧壁的壁面温度下降26.6%,可使积分辐射强度降低11.5%~31.9%;在扩张段冷却的基础上,中心锥的壁面温度下降9%,可使积分辐射强度降低21.7%~38.9%。     

Progress in helicopter infrared signature suppression

Due to their low-attitude and relatively low-speed fight profiles, helicopters are subjected to serious threats from radio, infrared(IR), visual, and aural detection and tracking. Among these threats, infrared detection and tracking are regarded as more crucial for the survivability of helicopters. In order to meet the requirements of infrared stealth, several different types of infrared suppressor(IRS) for helicopters have been developed. This paper reviews contemporary developments in this discipline, with particular emphasis on infrared signature suppression, advances in mixer-ejectors and prediction for helicopters. In addition, several remaining challenges, such as advanced IRS, emissivity optimization technique, helicopter infrared characterization, etc., are proposed, as an initial guide and stimulation for future research. In the future, the comprehensive infrared suppression in the 3–5 lm and 8–14 lm bands will doubtfully become the emphasis of helicopter stealth. Multidisciplinary optimization of a complete infrared suppression system deserves further investigation.     

弹用航空发动机尾喷流红外抑制技术研究

详细介绍了弹用航空发动机红外抑制技术开展的一系列试验和数值分析。这些工作均取得了较好的结果，为今后此项技术的进一步深入研究直至工程应用打下了良好的基础。     

Post: Polar stratospheric telescope

The tropopause, typically at 16 to 18 km altitude at the lower latitudes, dips to 8 km in the polar regions. This makes the cold, dry and nonturbulent lower stratosphere accessible to tethered aerostats. Tethered aerostats can fly as high as 12 km and are extremely reliable, lasting for many years. In contrast to free-flying balloons, they can stay on station for weeks at a time, and payloads can be safely recovered for maintenance and adjustment and relaunched in a matter of hours. We propose to use such a platform, located first in the Arctic (near Fairbanks, Alaska) and, potentially, later in the Antarctic, to operate a new technology 6-meter, diluted aperture telescope with diffraction-limited performance in the near infrared. Thanks to the low ambient temperature (220 K), thermal emission from the optics is of the same order as that of the zodiacal light in the 2 to 3 micron band. Since this wavelength interval is the darkest part of the zodiacal light spectrum from optical wavelengths to 100 microns, the combination of high resolution images and a very dark sky make it the spectral region of choice for observing the redshifted light from galaxies and clusters of galaxies at moderate to high redshifts.Affiliated to the Astrophysics Division, Space Science Department, European Space Agency     

波瓣喷管红外抑制系统的实验研究

在电加热风洞上对不同的引射流量比和遮挡间距进行了混合流出口的总温分布和混合管及遮挡套壁面温度分布的测试。结果表明：冷气掺混具有降低排气温度和混合管壁面温度的双重作用,其降温效果在大引射流量比下更为显著;当遮挡间距大于２０ｍｍ时,遮挡隔热可以使遮挡套壁温接近于环境温度。同时,在燃烧设备上对一典型结构的波瓣喷管红外抑制系统进行了尾焰辐射亮度和总体辐射强度测试,证实其可显著地降低红外辐射。     

背景对目标红外辐射测量影响的实验研究

在排气引射红外抑制系统的实验研究中, 通过对目标背景的各种处理方法、实验对比及分析, 了解背景对目标红外辐射特性测量的影响规律。实验结果表明:在大背景小目标情况下, 必须十分注意对背景进行遮挡和冷却处理。在选择遮挡材料时, 如果被遮挡部位处于高温部件的直接辐射场中, 则应选用表面发射率高的板材, 否则应选用高反射板材。遮挡板的定向应使其板面垂线与探测器轴线有较大夹角。      

再入目标红外特性分析及红外特性材料研究

本文分析了再入目标的红外辐射特性及主要影响因素，认为：表征再入目标辐射强弱的物理量主要为再入目标的表面温度、表面积和发射率；表征再入目标材料红外辐射能力的物理量为辐射率（发射率）。进而探讨了高红外发射率材料，认为：几种化合物混合烧结后可在一段连续波段提高材料的红外发射率。     

一种抑制超声速气流红外辐射的新途径

试验测定了波反馈装置对高温超声速射流的激励效果。主喷管喉道直径为３５ ｍ ｍ ,进口总温和总压分别为８００ Ｋ及２７４．４ ｋＰａ。结果表明,影响激励效果的主要几何参数有锥形反射器的扩张角、反射器母线长度和反射器与主喷管的相对位置。当扩张半角为４５°, 母线长度为４０ｍ ｍ 以及锥形反射器起始截面与主喷管出口齐平时, 激励效果最好, 在Ｘ／Ｄ＝ ６～８ 范围内, 激励后的轴心温度可降低约１２０ Ｋ, 并可望使超声速喷气流的红外辐射强度降低约４０％ ～４５％ 。     

Olbers an interplanetary probe to study visible and infrared diffuse backgrounds

The visible extragalactic background (though as yet undetected) is insufficient to explain the abundance of heavy elements in galaxies: either there should be some diffuse extragalactic light in the near infrared (from 1 to 10 m) and/or in the far infrared (100 m) if dust has reprocessed the star light. We propose a new space mission to be dedicated to the search and mapping of primordial stellar light from the visible to the mid-infrared (20 m). In this spectrum range, detectors have reached such a sensitivity that the mission should aim at being (source) photon noise limited, and not any longer background photon noise limited. For that purpose, a small passively cooled telescope with large format CCDs and CIDs could be sent beyond the zodiacal dust cloud (which is absent beyond a solar distance of about 3 AU). In that case, the only remaining foregrounds before reaching the extragalactic background, is due to the Milky Way integrated emission from stars and the diffuse galactic light due to scattering and emission by interstellar dust, which are all unavoidable. Maps of the extragalactic light could be obtained at the arcminute resolution with high signal to noise ratio. This mission is the next logical step after IRAS, COBE and ISO for the study of extragalactic IR backgrounds. It has been proposed as a possible medium-sized mission for the post-horizon 2000 ESA program that could be a piggy back of a planetary mission.