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.      

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。     

防空导弹攻击目标的红外成像特性分析

通过结合对目标的红外成像特性研究,首先阐述了在复杂背景条件下防空导弹对目标的红外成像寻的制导的组成和原理。然后详细分析了地面杂散背景的辐射和散射特征,综合分析了军用飞机被防空导弹攻击目标的红外辐射特性。在对复杂背景辐射特征和目标红外特性分析的基础上,给出了一组典型地表光谱辐射亮度曲线和太阳对地表的全波段辐射能流(辐照度)随时间的变化曲线;绘制出了红外成像导引头在整个红外波段内的探测效能曲线。分析结果对研究防空导弹红外成像导引头如何从复杂背景中将目标的典型特征信息提取出来并进行有效识别和跟踪奠定了基础。     

白天天空背景亮度仿真研究

天空背景辐射严重影响光电系统对空间目标的探测跟踪能力，克服背景辐射干扰是解决白天目标探测跟踪的重要工作。本文描述了通过求解大气辐射传输方程，仿真计算白天天空背景亮度的方法，分析了不同太阳天项角、观测方向以及不同大气光学厚度条件下天空背景亮度。     

大气衰减在半实物仿真中的研究与应用

红外半实物仿真目标特性与实际的接近程度直接影响试验的结果,目标辐射特性的变化不仅与距离有关系,更受到大气环境的影响。本文基于以MOS电阻阵为核心的红外动态场景生成器的工作过程,对大气衰减的计算进行工程化的探讨,研究了大气吸收与大气散射对目标特性变化的影响,在探讨大气吸收的影响时着重与水蒸气和二氧化碳的影响,通过查表法来进行计算。在目标模拟中加入大气衰减环节,使目标特性的模拟更贴近于实际。     

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。     

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。     

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。     

环境辐射对亚声速飞行器红外特征影响的数值仿真研究

为了研究复杂环境对典型亚声速飞行器红外辐射特征的影响,本文建立了考虑环境辐射的飞行器红外特征反向蒙特卡罗计算模型。以X45C无人机为对象,分析了其亚声速飞行状态下红外辐射强度的空间分布规律以及飞机红外辐射与环境背景的对比特征。结果表明,亚声速飞行状态下,环境背景对飞机下表面辐射亮度的影响大于飞机上表面,飞机的红外辐射特征与背景的对比随探测方向存在明显差异。     

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。     

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.      

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.      

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.      

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.     

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。     

舱外航天服的轨道空间外热流计算方法

分析了舱外航天服在轨道空间环境的辐射换热热流。采用蒙特卡罗(MonteCarlo)法,计算了航天服及飞船处于各种相对位置时,航天服对飞船的红外辐射角系数;航天服相对于地球位于各种位置时,航天服对地球的红外辐射角系数;在一定太阳照射方向下,飞船及地球对航天服的太阳反射角系数。与文献数据比较,证明此方法计算舱外航天服空间外热流适用性强,结果准确、可靠,能满足工程使用要求。     

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.      

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.     

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。     

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...