粗糙表面偏振二向反射分布函数的影响参数及其反演

针对目标偏振二向反射特性研究中模型参数难以准确确定的问题,分析了粗糙表面偏振二向反射分布函数的影响参数,并通过理论推导和仿真计算,研究了各参数对粗糙表面散射特性的作用机理。总结分析了现有参数反演方法,针对现有方法存在的理论缺陷,在P-G(Preist-Germer)模型的基础上,提出了利用"相对偏振分量-角度"的相关关系进行参数反演的方法,设计了参数反演算法,进行了标准反射板和绿漆表面的偏振二向反射特性测试实验,并根据实验数据进行了参数反演和模型验证。实验结果表明,改进的参数反演方法可准确反演所有模型参数。利用反演参数进行模型验证,结果显示模型预测数据与实验数据具有较好的吻合度,验证了模型的准确性。     

靶场偏振成像技术应用

偏振成像技术不仅能获取目标的辐射强度信息,还能获取到偏振信息,有助于复杂环境下目标的探测识别.靶场现有光电设备主要采用强度探测,通过目标-环境差别来区分目标,因此,在复杂环境下,目标容易湮没在背景中难以探测.通过分析偏振成像原理和技术特点,总结归纳国外在偏振成像方面的试验应用,阐述了偏振成像在靶场应用的前景和优势,提出了一种基于偏振成像的光学成像系统,并对现有设备提出了偏振化改造方案.通过利用目标、环境的偏振特性,利用强度+偏振的组合模式,可提升现有设备的目标探测和成像识别能力.最后,对偏振技术应用和发展进行了展望.     

目标粗糙表面偏振二向反射分布函数实验研究方法改进

由于利用传统p BRDF(polarimetric Bidirectional Reflectance Directional Function,偏振二向反射分布函数)的测试方法效率较低,精度不高,难以满足研究需要,因此基于自主研发制造的二维转台系统,设计了散射光Stokes参量及p BRDF矩阵的新测试方法,以提高测试效率和精度。该方法将单点测试次数由传统方法的16次降低到4次,测试效率更高,根据Muller矩阵的对称性进行数据处理,反演精度更高。针对该方法设计了实验验证方法,验证的实验对象包括标准反射板、绿色功能涂层。实验结果表明了所提测试方法的准确性及有效性,为今后目标粗糙表面p BRDF模型的改进提供了高精度的实验支撑。此外,分析实验数据可知,反射光的强度曲线与偏振分量曲线区别较大,因此使用偏振成像探测技术可有效提高目标探测和识别的能力。     

针对气动光学效应的RANS计算方法研究

针对气动光学效应研究的特殊需求,发展了相应的RANS计算方法.首先对常规湍流模型进行评估,选出对平均密度空间分布预测较好的湍流模型;同时发展了光波折射率脉动值的输运方程,用以模化脉动密度对光学成像的畸变效应.针对一典型光学头罩作为研究对象,运用本文发展的计算方法对光学窗口流场的气动光学效应进行了计算和分析.     

悬停状态地面效应对旋翼和机身气动特性影响

本文通过悬停状态地面效应对旋翼和机身气动特性影响的研究,探索它们之间内在机理,为旋翼性能、操纵性和稳定性提供悬停试验及分析结果。通过对试验与理论计算结果的分析,给出了模型旋翼在悬停状态下,旋翼气动特性随地面高度变化的现象,利用实测桨叶表面压力的方法进一步验证地效情况下旋翼功率随拉力变化的规律。     

转捩模型在翼型气动性能预测 中的应用研究

边界层转捩位置的准确预测对于提高飞行器气动性能的预测精度具有重要意义.选取与k-ω SST湍流模型相耦合的γ-Reθt模型,以零压力梯度平板为研究对象,通过求解基于有限体积法的雷诺平均N-S方程验证该模型自动捕捉流动转捩的准确性;将该模型应用于传统有压力梯度的NACA 0012翼型的流场特性和气动性能的研究中,并与原始k-ω SST模型的计算结果及全湍流试验数据进行比较.结果表明:远场边界距离对翼型阻力系数有较大的影响;与无转捩模型相比,γ-Reθt转捩模型对翼型阻力系数的预测精度有一定程度的提高;对于二维模型,γ-Reθt转捩模型难以捕捉翼型表面的三维效应和非定常分离特性.     

T型尾翼颤振模型光学测量实验与弯扭特性解算

在FL-26跨声速风洞半模试验段进行了某高速飞机T型尾翼颤振模型的光学测量实验,并依据测量结果解算了尾翼颤振模型的弯扭特性。颤振模型表面用白色圆点进行标记,用于记录模型表面的位移变化,两台固定在风洞试验段上壁板观察孔旁肋板上的400万像素工业相机用来采集图像,采集到的图像通过自主开发的图像解算软件进行图像的识别与求解,计算出尾翼颤振模型表面标记点的三维坐标。模型表面标记点的三维坐标通过坐标变化转换到风洞气流坐标系中,利用不同时刻模型表面坐标的变化计算模型剖面扭角和弹性轴位移的分布。T型尾翼右平尾图像采集实验与弯扭特性计算结果表明,非接触光学测量技术可以用于高速颤振试验的定量分析中。     

旋翼地面效应的气动建模与特性

地面对旋翼气动特性影响明显，且导致旋翼流场更加复杂。为分析地面效应下的旋翼桨尖涡和流场变化特性，基于涡面和无滑移边界条件，求解第2类Fredholm方程获得地面涡面矢量分布，且将涡面矢量按涡扩散方程扩散到流体中，建立考虑黏性效应的地面气动模型，并耦合非定常面元/黏性涡粒子混合法以体现旋翼桨叶气动特性和旋翼尾迹的非定常效应，构建旋翼地面效应气动分析方法。通过计算Lynx尾桨地面效应下的性能和桨尖涡轨迹，并计算Maryland大学模型旋翼和NASA缩比旋翼地面效应下的垂向、径向速度分布，且与试验和CFD计算结果对比，验证了本文方法能较好捕捉地面效应下的旋翼尾迹变化特性和复杂速度场特性，且结果表明本文方法能较好模拟地面效应下旋翼桨尖涡的收缩、扩散、井喷、地面射流等物理现象。     

空间用聚四氟乙烯材料的原子氧、温度、紫外辐射效应的试验研究

在 IFM原子氧剥蚀效应地面模拟设备中对空间常用材料聚四氟乙烯进行了原子氧剥蚀效应试验,试样温度升高对原子氧效应的影响以及原子氧与紫外辐射复合效应试验,对试验前后试样的质量及表面形貌进行了比较,得出了材料在设备中的反应特点以及温度升高、紫外辐射对材料的原子氧效应的影响规律。对原子氧与材料的反应机理也做了相应的分析。同时还测量比较了原子氧暴露试验前后、原子氧与紫外辐射复合作用前后试样的反射率、透射率等光学性质。     

用新的模拟工具建立光纤陀螺的偏置误差模型

虽然光纤陀螺仪（FOG）已做了大量研究，但是这些传感器仍经常出现偏置误差，如偏置旋转速率随温度和其他环境因子变化而变化。使用低相干光源避免误差信号问产生不理想干涉。但是，在标准FOG设计方案中，光程无意地匹配引起偏置误差这种情况是有可能发生的。寄生干涉来源于反射和有意或无意偏振相交耦合。本文介绍用一种新模拟工具建立干涉光纤传感器模型，其中包括偏振效应和相干效应。它首次定量地建立FOG信号模型，同时考虑温度依赖性，光源，它们之间所有干扰和干涉及相应相干度。经陀螺仪设计方案分析可以找到仍未说明的偏置误差源位置。这种问题同样也会出现在带有集成光学电路（IOC）和Lyot型消偏器上的每个FOG上。IOC上的反射光路与消偏器上获得的相位差相匹配就会产生与温度有关的偏置误差。本文给出最佳设计指南，从而避免干扰干涉。     

污垢沉积影响叶片表面换热的研究

选用了两个实际透平叶片MARKⅡ静叶和某高压透平静叶,前者为光滑叶片,后者为表面覆盖有圆台的粗糙表面叶片.利用CFD数值模拟技术对叶栅流道特性和叶片表面换热分布进行数值模拟计算,数值计算结果与实验结果对比验证了数值方法的可靠性.研究表明,准确预测转捩位置和选取合适的y+值是计算叶片表面换热特性的关键,剪切应力输运(SST)转捩模型预测的结果最令人满意.在粗糙叶片表面数值计算中,对表面粗糙度模型进行验证,然后详细分析了污垢沉积对叶片表面换热的影响.结果表明:随着叶片表面粗糙度的增大,叶片近壁面湍流增强,叶片的表面传热系数增大.      

面向地面无人平台的仿生偏振光定向算法

仿生偏振光定向为地面无人平台提供了一种新型的低成本、小型化定向方式。设计了一种基于微阵列式偏振光栅的仿生光罗盘,实现了一种加权平均的偏振光定向算法,分析了大气偏振模式误差、太阳位置误差、偏振光传感器误差和水平姿态角误差等因素对航向角估计精度的影响。实验结果表明,动态车载条件下定向误差小于0.5°。     

表面粗糙的复杂目标全极化ISAR图像快速仿真

为了获取基于模板图像的车辆、飞机等复杂目标识别所需的海量高质量逆合成孔径雷达(ISAR)图像,提出了表面粗糙的复杂目标全极化ISAR图像快速仿真方法。该方法预先对车辆和飞机等复杂目标表面粗糙程度进行分级定量描述,并以改进的射线弹跳法和等效边缘流法快速预估来自目标粗糙表面的镜面反射和多次反射贡献以及细分边缘的绕射贡献,经相干叠加获得目标的精确电磁散射数据,最后进行成像处理得到高质量全极化ISAR图像。标准体、飞机和车辆目标的仿真实验结果验证了该方法的准确性和有效性。     

Polarization Effect on Multipath for Extended Targets

The results of a theoretical investigation of the influence of polarization on multipath are presented. First, the case of a point target is examined and it is confirmed that the multipath effect tends to vanish for rough sea and small grazing angles. Models of a buoy and of a large ship are then introduced and it is shown that, for targets that are extended in height, the multipath effect for vertical and horizontal polarization is substantially the same.     

GTD Terrain Reflection Model Applied to ILS Glide Scope

The capability of calculating the reflection of electromagnetic signals from uneven terrain has many applications. One of these is the determination of instrument landing system (ILS) glide slope performance. For this application the wavelength is approximately 1 m, incidence angles are usually near grazing, and the fields are horizontally polarized, so that gross irregularities such as dropoffs and hills are more important than surface roughness. Past approaches used to calculate the ground reflections for this application have been three-dimensional physical optics models which were very cumbersome and time consuming and which neglected important diffraction and shadowing phenomenon; a two-dimensional physical optics model which was faster than the three-dimensional models but ignored many shadowing and transverse terrain variation effects; and a half-plane diffraction model which is applicable only to a specified type of terrain geometry. In this paper a terrain reflection model based on the geometrical theory of diffraction (GTD) is described which can accommodate any piecewise linear terrain profile, requires less computer time than the physical optics models, is capable of including transverse terrain effects, and determines the reflected fields with all important diffraction and blockage effects included.     

机头顶点对战斗机大迎角航向气动特性影响研究

就机头微扰动、表面粗糙度、机头顶点形状等因素对战斗机大迎角航向气动特性的影响进行了试验研究。结果表明：大迎角下飞机的航向气动特性对机头表面粗糙度和顶点形状较敏感,不同表面粗糙度和不同机头顶点形状使飞机大迎角下的侧向力和偏航力矩有较大差异,圆头机头对消除和控制飞机在大迎角下的侧向力和偏航力矩效果明显;机头颗粒和顶点细微不对称对大迎角下飞机的航向气动特性微扰动作用明显,使大迎角偏航力矩方向和极值基本确定。     

Half-Plane Scattering Applied to ILS Grading Criteria

A technique for calculating the derogation in the difference in depth of modulation (DDM) signal, used for aircraft glide slope guidance, due to slightly rough ground surfaces is developed. The contributions to the scattered signal from diffuse and specular scatter are treated separately. The diffuse derogation is calculated based on empirical data, and an average variation is presented. The specular contributions to the variation in the signal is calculated based on expanding the half-plane diffraction solution in terms of the ground roughness. A specular scattered deviation about the mean signal is then obtained by statistically averaging over normally distributed ground heights. Results of the analysis indicate that substantial relaxation in grading criteria can be effected.     

不同截面机身的RCS及气动特性研究

对三个“板块”多边形截面机身及圆截面机身模型进行了RCS隐身特性和低速气动特性的测试与研究,发现多边形截面机身不但具有良好的隐身性能,特别是机身侧面,无论是水平极化或是垂直极化,其RCS值均比相同截面面积的圆截面机身降低一个数量级,而且其气动特性不比圆截面机身差,其升力特性与最大升阻比均比圆截面机身好。最后还给出了考虑多边形侧边缘夹角的横向绕流粘性效应的经验修正公式,可供多边形截面机身的气动特性估算参考。