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.     

用可变扩散湍流模型研究轴对称排气系统红外辐射特性

为研究可变扩散湍流模型在排气系统红外辐射特性计算中的适用性,计算了轴对称亚声速喷管在3 ～5μm波段的空腔-喷流组合红外辐射特性.喷管流场及温度场采用有限体积法求解N-S方程,湍流模型采用标准k-ε模型和可变扩散模型.红外特性计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程,并考虑大气衰减作用.计算结果与试验对比表明,与标准k-ε模型相比,可变扩散湍流模型能够有效改善亚声速热喷流的核心区长度,从而获得与试验结果一致的红外辐射强度,说明可变扩散湍流模型适用于精确模拟轴对称排气系统的红外辐射特性.     

基于地球红外背景模拟的 水云大气影响初步分析

为支持地球红外背景的模拟研究,以天基观测为前提,计算了2个大气窗口下,4个具有典型大气和地表特征的区域在水云大气下的路径透过率和各成分辐射亮度。通过相对变化比例,讨论了地球背景模拟中水云与地表的图像区分以及地域的影响。结果表明,水云对地球背景辐射传输影响显著:云层下方辐射会被强烈衰减,同时观测路径中的散射辐射大幅增强。在同一选定区域下,积云大气的观测路径亮度相对无云大气下变化最大,在相同水云类型条件下,大气散射和太阳散射亮度在不同区域区别较大,说明在模拟水云地球背景时不能忽略地域的影响。计算和分析结果可为地球背景模拟中的水云红外图像生成提供一定的数据基础和技术支持。     

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。     

用Tam-Ganesan湍流模型研究排气系统红外辐射特性

通过三维流场、介质的质量浓度场与辐射场耦合求解方法,计算了1台有中心锥的轴对称喷管的空腔-喷流组合红外辐射特性.利用专门为自由剪切流动发展的Tam-Ganesan湍流模型,有效提高排气系统红外辐射模拟精度.采用有限体积法(FVM)结合窄带模型(NBM)计算了排气系统在3~5μm波段的辐射传输问题,并考虑大气衰减作用.对比了采用标准 k - ε 模型和Tam-Ganesan模型对排气系统核心区长度的影响,以及由此引起的排气系统红外辐射特性的变化.通过与试验数据对比证明了该结果的准确性,结果表明选择合适的湍流模型对计算排气系统红外辐射特性有重要的意义.      

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。     

用温度修正的k-ε模型研究排气系统红外辐射特性

为研究温度修正的k-ε湍流模型对排气系统红外辐射特性计算精度的改善程度,计算了某轴对称收敛喷管在3~5μm波段的空腔-喷流组合红外辐射特性,并与试验结果对比.喷管流场及温度场采用有限体积法(FVM)求解Navier-Stokes(N-S)方程得到,湍流模型分别采用标准k-ε模型和温度修正的k-ε模型.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程,并考虑大气衰减作用.计算结果表明:温度修正的k-ε模型可有效预测排气系统热喷流的核心区长度,从而获得与试验结果一致的红外辐射强度.与标准k-ε模型相比,采用温度修正的k-ε模型计算得到的红外辐射强度的最大相对误差由64%降至了4.3%,说明温度修正的k-ε模型适用于精确模拟排气系统的红外辐射特性.      

粉末气溶胶抑制热喷流红外辐射特性实验

1引言任何绝对温度高于0K的物体都能产生波长介于可见光和微波之间的0.76~1000μm的红外波。红外波在大气中传播时,会因各种气体分子和悬浮微粒的吸收与散射作用而衰减,理论上称之为消光特性。粉末气溶胶就是由大气与悬浮在其中的固体微粒共同组成的多相体系。当红外线穿过到气     

齿冠形收敛喷管模型气动和红外辐射特性数值研究

针对齿冠形收敛喷管的气动和红外辐射特性进行了数值计算,并与常规收敛喷管进行了对比.在本文研究范围内的结果表明:①齿冠形收敛喷管的推力损失大于常规收敛喷管;②齿冠形尾缘引射外界大气与主流掺混的能力强于常规收敛喷管,核心区长度得到有效衰减;③齿冠形喷管的热喷流3～5μm红外辐射强度在侧向相对常规收敛喷管的衰减量在15%左右,尾缘内倾角对于尾喷流红外辐射强度衰减的影响甚微;④齿冠内倾时,尾向处能遮挡喷管内部热部件.      

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.      

发动机背负式安装无人机的排气系统红外特征的计算研究

用数值模拟的方法研究了对发动机背负式安装的无人机排气系统的红外辐射特征.排气系统的流场采用商业软件计算,红外辐射特征采用根据离散传递法自行发展的程序进行计算,研究了排气系统在3～5μm波段红外辐射强度的空间分布.在红外辐射计算过程中,考虑了喷管内壁的发射和反射、燃气组分CO₂、H₂O和CO的吸收-发射、后机身结构的遮挡以及大气吸收等影响.结果表明:通过发动机的背负式安装、尾喷口的下遮挡设计及其相对机身的内缩可使排气系统在下半球的红外辐射强度明显降低,但由此也造成了上半球的辐射强度有所增强;大气对该无人机排气系统前半球红外辐射的吸收明显强于后半球.      

基于多线组宽带模型与积分微分混合算法的喷管远程红外成像计算

针对现有宽带k分布模型不适合高温喷流3~5μm波段发射辐射在大气中远距离传输衰减特性计算的问题,将之前用于全光谱模型的多线组技术应用于宽带模型,并对光谱吸收系数的分组优化状态点进行了针对性调整。无限宽度多层气体辐射特性一维/准一维算例的计算结果表明,多线组技术可大幅提高原始全光谱与宽带模型对强非均匀气体辐射特性的计算精度,同时保持对灰体固壁辐射的良好兼容性。以此为基础,对带冷却装置Ⅴ形尾缘收缩喷管的耦合换热特性和远程红外特性进行了数值研究,结果表明:气体辐射对喷管固壁温度分布的影响不能忽略;多线组宽带模型对跨声速排气系统70km红外成像的预测误差在7%左右。      

二元引射喷管几何特征参数对推力及红外特性的影响

采用数值模拟的方法研究了二元引射喷管间距比变化和面积比变化对推力特性和3～5μm波段红外辐射特性的影响.排气系统的流场采用了商用软件计算,红外辐射特征采用了自主开发的软件(NU-AA-IR)进行计算.结果表明:间距比变化和面积比变化对二元引射喷管的推力系数和引射流量比有不同程度的影响.在小方向角范围内,间距比和面积比的...     

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。     

目标温度场对红外成像探测的影响

在红外成像探测中,目标温度场会影响探测距离。通过实验,研究了目标红外图像像素数随温度的变化,以及这种变化对红外成像探测距离的影响。根据实验中的像素数统计,计算图像中目标像素点个数在整个红外图像中所占的比例,并分析目标温度变化对目标能量分布的影响。依据对红外成像系统观测等级的划分,对作用距离进行了估算研究,通过仿真和实例计算,验证了温度场扩散对探测距离的影响。     

轴对称矢量喷管红外特性的数值计算研究

研究了轴对称矢量喷管在光谱2100～5260cm-1范围内红外特性的数值计算方法,并开发了三维计算程序,可以计算喷管在加力与非加力状态下的红外辐射特性。计算中考虑水蒸气和二氧化碳的光谱吸收与发射,在加力状态下还考虑烟粒子的光谱吸收与发射。给出了在光谱2100～5260cm-1范围内,轴对称矢量喷管在加力与非加力状态下壁面及喷口辐射的计算结果。应用本文的程序计算某型实际发动机上轴对称矢量喷管红外特性的结果与发动机试车的实验结果基本一致。      

弹道导弹中段目标/背景红外图像建模与仿真

提出了一种针对弹道导弹中段目标和背景的动态红外辐射特性仿真方法。首先,建立了弹头目标^秀饵的三维模型,并结合其运动位置分析了影响弹头目标／诱饵红外辐射的因素,建立了较为完善的弹头目标/诱饵红外物理模型;其次,基于红外星表数据对恒星大气层外的辐照度进行了计算,根据红外传感器视轴指向和红外传感器视场,确定了红外传感器视场中的可见恒星,并根据拟生成背景图像的空间分辨率计算出这些恒星在背景图像中的相对位置分布,对星空背景直接进行了动态图像生成;然后,对成像过程中红外探测系统的噪声效应进行了建模与分析,同时给出了噪声的计算机模拟方法;最后,将生成的弹头目标,诱饵的红外图像与星空背景红外图像在灰度和空间2个层次上进行合成形成完整的弹头目标赝饵／星空背景的红外仿真图像,可为弹道导弹中段红外电子对抗突防提供较为准确的数据支持。     

深空测控链路的大气衰减分析

深空探测的发展对测控链路计算的精度要求越来越高。影响链路计算精度的首要一项就是大气衰减。本文论述了引起大气衰减的因素和计算模型,分析了各个参数对衰减的影响,并引入了概率统计的方法计算大气损耗的概率分布,最后给出了深空站所在地区的大气损耗的计算结果。     

反临近空间高超声速飞行器中末交接视角研究

针对临近空间高超声速飞行器的拦截问题,研究了拦截弹中末制导交接班时的导引头视角优化问题。首先,分析了临近空间大气环境及其对红外传输的影响,表明该空域适合红外探测器工作;然后,针对临近空间高超声速目标的红外特性设计了红外导引头方案;最后,将目标视为点源目标,建立了探测距离计算模型和大气透过率工程计算模型,研究了导引头探测距离与探测视角的关系。研究结果表明:针对临近空间高超声速目标,自上而下的探测方式有利于增加导引头探测距离;拦截弹中制导段弹道宜采用高抛再入式弹道。     

使用10.6μm波长的成像系统的大气透射率主动测量技术

本文叙述利用一种成像系统进行大气透射率主动测量的方法。与其它测量方法相比较，这种方法有免受背景噪声干扰的优点。它不大气条件，例如太阳辐射的影响。并且它改进了评估大气流对测量影响的能力。另外一些优点是它能对所有粒子的粒径分布效应进行积分，包括浓度很难测定的极大和极小的粒子。实际上，它是一种路径－积分测量方法。该方法将由分子吸收引起的衰减和由大小粒子散射和吸收引起的衰减及其对大气条件的依从关系分离了出