低发射率薄膜的红外隐身特性研究

利用磁控溅射法制备了氧化铟锡（ITO）、掺铝氧化锌（ZAO）、TiO2/Ag/TiO2纳米多层等三种透明的低发射率薄膜。研究了这些低发射率薄膜以及降低材料红外发射率对降低红外辐射强度和红外隐身所起的作用。结果表明：降低红外发射率可以有效地抑制由于温度升高所带来的附加红外辐射;低红外发射率薄膜在红外隐身中有潜在应用价值。     

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.      

低发射率材料涂敷方案对排气系统红外特性的影响

为了研究低发射率材料涂覆方案对排气系统红外特性的影响,建立了航空发动机排气系统模型,制定4种低发射率材 料涂敷方案,将涂敷部位的发射率分别设置为0.3和0.1,针对低发射率材料对航空发动机排气系统3～5 μm和8～14 μm波段的红 外辐射特性的影响进行数值仿真。结果表明：涂敷低发射率材料对排气系统3～5 μm和8～14 μm波段的红外辐射均有明显抑制 作用;在3～5 μm和8～14 μm波段,最优的涂覆方案对红外辐射强度最大值的抑制效果可达56%与37%。对排气系统中的加力 筒体、喷管等部位涂敷低发射率材料,在3～5 μm波段会增大其有效红外辐射强度,在8～14 μm波段会减小喷管的有效红外辐射 强度,增大加力筒体的有效红外辐射强度。     

弹道靶红外辐射测量

为深入认识再入物理现象，在弹道靶上做了模型头部和近尾流红外辐射测量，发射器为14．5mm口径的二级轻气炮，模型为φ10mm的球，材料为聚碳酸酯和铝，模型发射速度4－6km/s，使用红外InSb探测器测量波长3－5.4μm的红外辐射，靶室压力5.32kPa，实验中使用光电法测量模型速度，两站阴影照相进行模型姿态监测和速度核实，实验结果表明：球模型的红外辐射强度强烈依赖于模型材料和模型飞行速度，对不同材料模型头部和尾部辐射强度的定性比较说明由于低温材料烧蚀产物的存在，极大地增强了头部和近尾流区的辐射强度，而且延长了尾流辐射长度。     

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。     

红外隐身涂层及对雷达吸波性能的影响

研究了红外雷达兼容隐身涂层红外发射率及雷达波隐身兼容性的影响因素,包括填料的类型、质量分数及涂层厚度。研究表明,以填充30wt%的HW-3型铝粉为填料,制备的涂层厚度为20μm时,涂层红外发射率达到0.25,能大幅降低材料表明红外辐射温度,且对微波隐身兼容性良好。     

地对空动态目标红外特性测量系统

“地对空动态目标红外特性测量系统”主要用于低空运动目标（飞机、导弹等）和地、海运动目标（坦克、车辆、舰艇等）以及静态目标的红外辐射特性测量与研究。该系统可对目标进行自动跟踪、对目标实现空间定位、测量目标的红外辐射强度分布、光谱辐射分布以及红外热图像。由于采用了精密时统，实现了各测量设备之间、整个测量系统和被测目标之间的精密同步，因此可以精确研究目标红外辐射特性与目标对应状态（如目标姿态、运动速度、     

航空发动机排气系统红外辐射特性数值研究

为深入了解航空发动机排气系统各部件对其红外辐射特征的影响,利用CFD/IR数值模拟方法研究了各部件发射率和内锥体温降对排气系统红外辐射特性的影响。结果表明:中心锥、低压涡轮和喷管扩张段是影响排气系统3～5μm波段红外辐射强度的关键部件,喷管扩张段和喷管外罩是影响排气系统8～14μm波段红外辐射强度的关键部件;喷管收敛段发射率的改变对排气系统红外辐射强度几乎无影响。所得结论具有较高的工程应用价值,可为发动机红外隐身设计提供参考。     

降低表面温度和发射率抑制排气系统红外辐射的研究

为了降低涡扇发动机轴对称排气系统的红外辐射特征,研究了降低排气系统腔体表面温度和发射率抑制红外辐射的规律。首先通过模拟实验研究了对中心锥进行冷却和涂覆低发射率涂层的红外抑制效果;然后用实验数据对本文使用的红外辐射特征计算方法和程序进行了验证;最后通过数值计算研究了典型尺寸的涡扇发动机排气系统降温和发射率分布对红外辐射特征的影响规律。结果表明：降低中心锥等部件的温度和发射率可明显降低排气系统在α〈15°范围内的红外辐射强度;若中心锥的温度降低100K,中心锥、涡轮和径向稳定器等部件的表面发射率降至0.2,则排气系统尾向的红外辐射强度可降低40%以上,探测距离缩短20%左右。     

可见光迷彩低红外发射率薄膜制备及其特性

采用多弧离子镀技术,在Al基底上制备了TiO2/TiN多层膜。通过控制基底材料的粗糙度使制备出的薄膜在可见波段具有非镜面反射效果。采用扫描电镜、红外辐射率测量仪、紫外-可见-近红外光光度计等测试手段对薄膜样品进行了表征。结果表明,采用多弧离子镀法在Al基底上制备了结合力良好、具有迷彩效果的低红外发射率薄膜。研究发现,随氧化层厚度增加,薄膜发射率趋向稳定(0.2左右)。薄膜电阻随氧化层厚度的变化无明显变化。     

太阳、天空和海面自身辐射对海洋背景总体辐射影响分析

海洋背景的总体辐射受到太阳辐射、天空背景辐射和海洋自身热辐射的影响。在简化的海面辐射模型的基础上,对不同波段、不同天顶角和不同大气环境下太阳辐射的变化进行了比较分析;分析了在各个波段太阳光和大气对天空辐射的影响,着重分析了大气单次散射和多次散射太阳光的情况下天空辐射的变化;分析了大气窗内海洋自身辐射、路径上的辐射和海面反射天空、太阳辐射对红外探测器总体辐射的影响。结果表明,这些因素对海洋背景总体辐射具有较大的影响。     

模型表面温度对光电特性影响的实验研究

对在JF-10氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中开展烧蚀材料模型表面温度对光电特性影响的实验方法进行了探索。风洞实验状态的驻室总压约为20MPa,驻室总温约为6000K,自由流速度约为4km／s。实验以锑化铟多单元红外成像系统与电离列阵测试装置为测量手段,用以烧蚀材料为头部的球头钝锥体模型,实验测量激波层中红外辐射的横向剖面分布和壁面附近电离密度的剖面分布,并在烧蚀材料加热和不加热两种情况下进行了对比实验。实验结果表明：烧蚀材料的加热加强了模型头部激波层中的红外辐射,同时也增大了模型表面的电子密度。     

亚轨道飞行器再入通道概念及应用

基于亚轨道飞行器过载、热流、动压峰值集中出现,过载约束成为飞行器返回过程中主要面临的约束这一再入特性,提出再入通道概念,建立再入通道数学模型,以满足不同约束条件下的极限再入飞行仿真轨迹描述再入通道边界。分析和仿真结果表明,可以通过再入通道是否存在来判断再入任务是否可以实现,且再入通道边界参数可作为再入轨迹设计及制导的有效参考值。     

IR radiation characteristics of rocket exhaust plumes under varying motor operating conditions

The infrared(IR) irradiance signature from rocket motor exhaust plumes is closely related to motor type,propellant composition,burn time,rocket geometry,chamber parameters and flight conditions.In this paper,an infrared signature analysis tool(IRSAT) was developed to understand the spectral characteristics of exhaust plumes in detail.Through a finite volume technique,flow field properties were obtained through the solution of axisymmetric Navier-Stokes equations with the Reynolds-averaged approach.A refined 13-species,30-reaction chemistry scheme was used for combustion effects and a k-e-Rtturbulence model for entrainment effects.Using flowfield properties as input data,the spectrum was integrated with a line of sight(LOS) method based on a single line group(SLG) model with Curtis-Godson approximation.The model correctly predicted spectral distribution in the wavelengths of 1.50–5.50 lm and had good agreement for its location with imaging spectrometer data.The IRSAT was then applied to discuss the effects of three operating conditions on IR signatures:(a) afterburning;(b) chamber pressure from ignition to cutoff;and(c) minor changes in the ratio of hydroxyl-terminated polybutadiene(HTPB) binder to ammonium perchlorate(AP) oxidizer in propellant.Results show that afterburning effects can increase the size and shape of radiance images with enhancement of radiation intensity up to 40%.Also,the total IR irradiance in different bands can be characterized by a non-dimensional chamber pressure trace in which the maximum discrepancy is less than 13% during ignition and engine cutoff.An increase of chamber pressure can lead to more distinct diamonds,whose distance intervals are extended,and the position of the first diamond moving backwards.In addition,an increase in HTPB/AP causes a significant jump in spectral intensity.The incremental rates of radiance intensity integrated in each band are linear with the increase of HTPB,and the growth rates of radiance intensities in some bands reach up to 50% as HTPB weight increases by 3%.     

标准轨迹制导中准平衡滑翔条件优化研究

对于可重复使用运载器标准轨迹再入制导,准平衡滑翔条件可以将高度-速度平面内各项再入约束形成的飞行走廊,转换为倾侧角-速度空间内的倾侧角走廊.通过在倾侧角走廊内设计倾侧角曲线,可以生成满足飞行走廊的标准轨迹.通过论证标准轨迹再入制导过程中的准平衡滑翔条件及其物理意义,说明了由倾侧角走廊内的倾侧角曲线生成的标准轨迹,存在突破再入飞行走廊边界的可能性.通过对倾侧角走廊边界设置余度,极大地降低了标准轨迹突破再入飞行走廊边界的可能性,提高了标准轨迹的设计成功率.     

基于HP-RPM的高超声速滑翔飞行器轨迹优化

针对含有航路点、禁飞区约束的再入突防轨迹优化问题,提出了基于HP自适应Radau伪谱法(HP-RPM)的分段轨迹优化策略,给出了在含有热流密度、过载、动压、航路点和禁飞区等约束条件下的再入轨迹优化模型;利用HP-RPM对含有再入的最优控制问题进行离散化,将其转为非线性规划问题,并根据航路点所在的位置,对再入轨迹进行分段,以再入滑翔飞行的时间最短为仿真目标函数进行仿真计算。仿真结果表明,此方法可以生成一条满足多种约束条件的高精度优化轨迹,并且用时较短。     

基于动力学模型的再入弹道估计方法研究

对再入飞行器进行跟踪,获取目标弹道的精确估计具有十分重要的现实意义。飞行器在再入段的弹道可用较为精确的动力学模型描述,并利用UKF对目标的弹道进行估计,与3RR.几何法解算结果进行比对。仿真结果表明,对于弹道式再入飞行器,基于BRV-Exp模型的弹道估计精度比3RR.法具有明显改善;对于机动式再入飞行器,基于MRV-Wiener模型的估计精度只是略微优于3RR.法的弹道估计精度。     

基于Kalman滤波的空天飞行器再入制导算法

针对空天飞行器应用传统数值预测校正再入制导算法实时性不佳的问题,提出一种基于Kalman滤波的预测校正制导算法。该算法采取四阶多项式拟合速度-高度飞行剖面,利用Kalman滤波估计选定的速度点对应的高度,得到满足再入走廊及航程要求的拟合系数。在此基础上,减少一个终端约束,增加一个待估计剖面参数,可实现对再入过程飞行时间的调节。研究发现,再入过程中通过在线辨识修正不确定性参数能够提高制导指令的适应性;飞行末段利用跟踪参考剖面制导可有效避免飞行速度与终端速度接近时发生拟合系数求解发散的问题。多组不同再入条件下的算例仿真结果表明,基于Kalman滤波的空天飞行器再入制导算法实时性好,制导精度高,能够实现飞行时间可控,具有较强的鲁棒性和工程应用潜力。     

武装直升机红外成像仿真

虚拟仿真以其低成本、短周期、高质量的特点,逐渐成为复杂环境下红外成像制导武器设计分析、验证和评估的主要手段之一。以某武装直升机目标为对象,首先利用基于航空发动机物理模型的方法,通过全尺寸几何建模、计算蒙皮、尾喷和羽烟等主要红外辐射源的流场和温度场,利用灰度等级描述红外辐射信息,生成不同视向角下的近场红外辐射亮度显示,并存储形成数据库。然后根据具体使用时的条件从数据库中调用,按照距离进行大气衰减,最终形成视点处的红外辐射亮度显示。实验结果证明,算法生成的武装直升机红外图像真实感强,实时性好,可用于红外成像制导导弹仿真和夜航模拟训练系统的红外视景显示,具有一定的军事参考价值。     

高超声速飞行器时间协同再入制导

从饱和打击任务需求出发,针对多高超声速飞行器时间协同再入制导问题进行研究,提出时间可控再入制导律和协同再入制导架构,在改善现有制导律实时性、在线约束管理等性能的基础上,重点解决再入飞行时间不可知、不可控问题,最终实现时间协同再入飞行。协同再入制导结构分为两层,其中底层提出了基于神经网络的时间可控再入制导律,以实现再入飞行时间的可知性与可控性为目标;上层根据不同再入阶段特点设计相应的协调函数,生成时间协调信息。该结构适用于集中式或分布式的通讯结构,同时上层协调策略可以根据任务需要进行有针对性的设计与拓展。最后,通过仿真验证了时间可控再入制导律对时间的可控性和协同再入制导结构的有效性。