隔热层厚度和数量对太空多层光学窗口温度分布的影响

 航天器上常安装有用于科学观察的多层光学窗口,其温度分布的均匀性会影响成像质量。运用射线踪迹-节点分析法的任意多层镜反射辐射与导热耦合换热模型,研究了隔热层厚度及数量对太空中多层光学窗口温度分布的影响。光学窗口的吸收系数、折射率随波长的变化用一组矩形谱带来近似。研究显示太空中热辐射在光学窗口的冷却过程中起着非常重要的作用,在离玻璃层表面附近很薄的一层玻璃介质内,辐射与导热存在强烈的耦合作用。隔热层厚度越薄,其内的温度分布越均匀,有利于提高成像质量。隔热层数量越多,光学窗口各层玻璃的温度分布越均匀,有利于提高成像质量,但是隔热层最佳数量的确定还需综合考虑其它因素。     

空间辐射散热器含液滴介质的辐射特性和辐射传热

本文从米氏电磁散射理论出发，计算了含液滴介质的辐射特性。考察了中向同性散射能量传递份额的再分配，导出了吸收、发射、各几同性散射介质的辐射传递系数。计算了空间辐射散热器液滴层瞬态辐射换热，经与文献［４，５］的比较表明，本文所导出的辐射传递系数计算方法正确，精度高。用计算机辅助实验，分析液滴发生器产生粒子的大小、粒径分布对瞬态辐射换热的影响，可减少空间辐射散热器设计过程中的实验次数。     

二级火箭喷流对底部热环境影响的数值模拟

为研究二级火箭工作时对底部热环境的影响,在不同喷管固壁热辐射和飞行高度条件下,用Fluent软件自发动机喷管喉部处计算喷流流场和底部区域内给定平面的对流热流密度,并建立了三维反向蒙特卡罗（RMC）法模型,同时根据HITRAN数据库计算气体红外辐射特性,获得喷流对给定平面的辐射热流密度,两者相加即为喷流到达研究平面的总热流密度。结果表明：热辐射和热对流在底部产生的热效应趋势不同。     

基于蒙特卡罗法辐射传递系数的统计分析

文章基于蒙特卡罗方法定义了表面热辐射换热辐射传递系数的表达式,确定其概率分布和置信度水平并进行统计分析。推导封闭腔内辐射传递系数的相对和绝对误差公式,为求解辐射传递系数所需追踪射线数量提供参考依据。     

热防护系统多层隔热结构传热分析及性能研究

由外部高温合金壳板及内部多层隔热结构组成的金属热防护系统被认为将在未来重复使用运载器上大面积采用。分析了多层隔热结构内导热与辐射的复合换热问题。采用二热流近似方法分析了纤维席内的辐射热流。分析了多孔介质纤维席内气体、固体有效导热系数。并应用有限差分法建立了多层隔热结构瞬态传热数值分析模型。反射屏层数、发射率及纤维席厚度、密度是多层隔热结构重要的设计参数。详细的分析了这些参数对多层隔热结构隔热性能的影响，总结了提高多层隔热结构隔热性能的方法。     

高速飞行器头罩气动热辐射传输效应计算

对头罩气动热辐射传输效应对红外探测系统的影响进行了研究。用四阶龙格-库塔法对头罩内传输的辐射光线进行追迹,根据理想光学系统成像特性对从头罩出射后在头罩后方理想光学系统中传输的空间辐射光线进行追迹。对头罩气动热辐射(温度场和光线)进行离散处理,建立了头罩内外表面辐射能量的计算模型,获得探测器各单元接收的头罩自身干扰辐射通量分布。仿真计算结果表明:头罩温度随飞行马赫数增大而上升,反之亦然;探测单元接收的头罩自身干扰辐射通量随飞行时间先增后减;气动热噪声随飞行时间先增后降,随头罩温度升高而增大。计算所得气动热噪声与产品实际采集的相符,方法正确。     

发射特性对线性各向异性散射介质内瞬态温度分布的影响

考虑各向异性散射介质内的辐射传递方向，本文考察了辐射能的重新分配过程。利用射线踪迹法结合Hottel和Sarofim区域法推导了辐射传递系数(RTCs)。考虑一维各向异性参与性半透明灰介质。两边界表面为镜反射，一个表面半透明，另一个表面不透明。辐射传递系数用于计算辐射热源项。瞬态能量方程由全隐式控制容积法求解。外界辐射加热与对流冷却同时作用于边界表面。考虑四个线性散射相函数。以各向同性散射情况比较，研究不透明边界两侧发射特性和线性散射相函数对瞬态温度分布的影响。结果表明，各向异性散射与各向同性散射介质间的相对温度差异与散射不对称参数近似成正比。     

热辐射对复合推进剂燃速的影响

本文介绍以 CO_2激光器为辐射热源来研究在1.0,2.0,3.0,4.0MPa 压力下热辐射对四种复合推进剂燃速的影响.实验结果表明,燃速随着辐射热流的增加而增加;在恒辐射热流的作用下,PU 和 HTPB 推进剂在有、无热辐射时的燃速比随压力的变化趋势是不同的,前者随压力上升而增大,后者则减小;Al 粉的加入不改变上述趋势,但改变燃速比的大小.文中还运用 GDF 燃速模型。研究了药条燃速在有、无热辐射时的相关性及其随压力的变化关系.     

复杂目标红外辐射特性大数据知识表示及建模方法

为了提升复杂目标红外辐射特性建模效率及置信度问题，提出一种目标红外辐射特性的大数据知识表示及建模方法。首先利用机理分析法、主成分分析法确定目标红外辐射特性大数据维度;然后基于主成分分析的结果，进行目标红外辐射特性大数据知识表示，建立目标红外辐射特性仿真模型;最后进行模型的仿真应用，在应用过程中进一步完善目标红外辐射特性数据或知识表示。本文提供的大数据驱动的目标红外辐射特征建模方法，能够推广应用于复杂电磁环境的仿真。     

空间光学系统中内部构件热辐射引起的谱段杂散辐射

对空间光学系统中由于内部的构件热辐射而引起谱段杂散辐射，建立了谱段辐射物理模型和采用蒙特卡罗方法计算的有关概率模型及计算方法。编制了较通用的分析软件，并针对某一空间光学系统进行了计算，通过分析计算结果得到一些有益的结论。     

热防护系统的硅纤维隔热层复合传热数值计算

鉴于热防护系统的硅纤维隔热层是各向异性的非灰体材料，其复合传热计算是复杂且耗时的，提出了一种简便方法用于硅纤维这类各向异性非灰体材料的复合传热计算。该方法借鉴了医学领域断层摄影法（局部X射线检测法）中对光沿各向异性散射介质传播分析的思路，得到了各向异性扩散的热辐射方程（RTE—D）并把该方程用于求解非灰体半透明介质的辐射热通量。计算结果与文献中基于辐射传递方程（RTE）求得辐射热流的复合传热数值结果相比较，其最大相对误差为1．5％，并且其计算时间也由Pentium Ⅱ的3297．66分钟缩短为PentiumⅣ的约5分钟。最后，该方法被用于真实热环境下刚性隔热瓦L1900（高空隙率硅纤维隔热材料）的复合传热计算，计算结果与实验数据有较高吻合度。数据结果表明，各向异性的扩散近似被用于求解非灰体半透明介质的辐射热通量的方法用在热防护系统的硅纤维隔热层复合传热数值计算中是简便高效的。     

典型卫星表面材质的近红外干涉光谱反演

为研究空间碎片表面材料发生镜面反射时的光谱特征,采用光纤光谱仪联合高精度测角光度计,测量了4种典型空间碎片材质在多种入射角下的可见-短波红外光谱反射率,发现三结砷化镓电池片和聚酰亚胺包覆膜的镜面反射光谱在近红外波段(1 000～1 800 nm)出现了明显的等倾干涉光谱条纹。进一步分析表明,该光谱条纹由空间材质本身的多层工艺结构特性引起,并运用相关分析法建模计算求得砷化镓层厚度为5.518 9μm,近红外折射率为3.472 4;聚酰亚胺层厚度为24.210 6μm,近红外折射率为1.707 4,反演结果与材质标称参数相符。实验结果表明:近红外谱段镜面反射光谱特征可用于多层结构的空间碎片材质的厚度、折射率等工艺特性反演,该方法可为卫星材质精细辨识提供新的研究思路。     

功能梯度材料悬臂梁受复杂载荷作用的分层剪切理论

本文采用分层剪切变形理论对功能梯度材料层梁进行了分析，对立了功能梯度材料悬臂梁模型。取材料为非均质性，材料弹性系数随梯度变化，应用边界条件，层间连续条件，得出梁结构的变形与应力。结果表明，存在优化的梯度因子使得悬臂梁具有最佳的承载能力，载荷分布对结构应力场温度场有效大的影响。     

红外多角度观测的优势分析

常规单一角度热红外谱段观测获得的是像元平均温度,无法区分像元内不同地物的类别信息,导致物理意义模糊不清,在数据应用时无法满足精细地表温度反演的需求。红外多角度遥感数据通过双层能量模型、结合先验知识可以反演混合像元的组分温度(土壤、植被冠层等);可利用不同辐射传输路径获得红外大气透过率的差异,可从图像自身提供的信息反演所需的大气参数,在无大气廓线情况下有效的完成大气校正,减少地表温度反演过程中带来的误差,提高地表真实温度的反演精度;可以获得更为全面的异质异构地表的热辐射状态,避免由于遮挡或者不可见而损失的热辐射信息。另外,红外多角度观测对于更为客观认识地表热辐射状态提供了可能,其在陆表生态系统建模、地表能量平衡研究等方面具有重要科学价值,同时也为热辐射方向性科学探索提供了必不可少的数据支撑。红外多角度光学遥感为热红外遥感数据定量反演提供了有效的手段,是一个重要的发展方向;无论是对工程应用还是对科学研究,红外多角度空间光学遥感器及其应用的研究都有非常重要的意义。     

液体推进剂火箭爆炸辐射效应研究

本文提出了液体双组元推进剂火箭爆炸热辐射效应理论计算模型，并介绍了四氧化二氮／偏二甲肼推进剂爆炸实验研究结果。利用该理论模型计算了液体推进剂火箭爆炸时产生的火球直径，火球温度，火球持续时间，火球漂移，火球辐射热流，高空环境对火球尺寸的影响，火球热辐射破坏危险距离等。理论计算结果与实验测量结果吻合。该理论计算模型可为载人航天器逃逸系统工程设计和航天靶场建设提供有价值的理论分析数据     

中段目标红外特征分析与仿真

分析中段目标的热辐射环境,提出一种利用节点网络法计算中段自旋目标表面温度分布和变化规律的算法,并根据热辐射的相关定律提出计算对应温度下目标表面红外辐射亮度分布和变化规律的算法,最后以典型的锥形目标为例进行红外辐射特征的仿真计算。     

高空飞行环境中液体运载火箭底部热环境研究

采用数值模拟和飞行测试验证相结合的方法对液体运载火箭高空对流/辐射耦合换热问题开展系统深入研究。基于燃气多组分输运Navier-Stokes方程、热辐射方程、Realizable k-ε两方程湍流模型，建立了高空含自由流的运载火箭燃气喷流流动模型。辐射模型采用离散坐标法(DOM)，空间离散采用二阶迎风TVD格式，对多个典型飞行高度火箭底部热流进行大型并行计算，将数值结果与试验数据进行广泛对比，验证了计算模型的精度和有效性。数值研究表明，火箭底部辐射热流在刚起飞阶段达到最大值，随着飞行高度上升，辐射热流逐渐降低，火箭底部对流热流表现为先升高后降低的趋势，并在20 km高空达到峰值。本文的预测分析方法对液体运载火箭底部热防护设计具有重要的理论意义和工程应用价值。     

地球敏感器红外带通滤光片膜系设计及其研制

红外带通滤光片已成功地应用于我国自行研制的近三十颗卫星的地球敏感器上。本文详细介绍了用等效折射率概念、设计１４～１６．２５μｍ红外带通滤光片的原理和方法，给出了设计的膜系，分析了主要工艺及膜层厚度的控制对红外带通滤光片光学特性的相互影响，并与国内外同类滤光片的光学特性进行了比较。     

X波段异向介质设计及其负折射特性研究

通过对异向介质激发机理的深入分析，最终设计出了一种结构新颖的小单元、宽频带异向介质。其绝对带宽达到2．6GHz，远远优于传统异向介质。文中对这种异向介质的后向波特性和负折射特性进行了数值仿真，结果表明，在异向介质工作频段内观测到明显的后向波效应和负折射效应，从而使该异向介质的存在性得到有力证明。本研究成果为基于异向介质的新型微波、毫米波器件在空间通信技术中的应用奠定了坚实的基础。     

半透明吸收、散射性介质内辐射传递系数的新型计算方法

为考虑半透明吸收、散射性介质内各向同性散射对辐射能量传递过程的影响，通过对辐射能量传递过程的分解，提出了一种基于辐射能量传递过程分解的射线踪迹法，该计算方法无需引入预设控制精度参数。经与其他计算方法的比较表明，该新型计算方法正确，计算精度高、计算时间短，可以用于研究介质内辐射能量传递过程的研究。