Infrared signature studies of aerospace vehicles

Infrared (IR) emissions from aircraft are used to detect, track, and lock-on to the target. MAN Portable Air Defence Systems (MANPADS) have emerged as a major cause of aircraft and helicopter loss. Therefore, IR signature studies are important to counter this threat for survivability enhancement, and are an important aspect of stealth technology. This paper reviews contemporary developments in this discipline, with particular emphasis on IR signature prediction from aerospace vehicles. The role of atmosphere in IR signature analysis, and relation between IR signature level and target susceptibility are illustrated. Also, IR signature suppression systems and countermeasure techniques are discussed, to highlight their effectiveness and implications in terms of penalties.     

不同机载电子干扰条件下的飞机敏感性模型

对典型作战场景中雷达制导导弹威胁下的飞机敏感性进行了研究,分别从导弹发射和命中2个方面,建立了远距离支援干扰(SOJ)和自卫干扰(SPJ)条件下的飞机敏感性模型。首先分析了在典型电子对抗措施(ECM)和电子抗干扰措施(ECCM)条件下的雷达探测距离;其次提出了用于评价欺骗干扰的有效时间模型,结合典型制导律,建立了不同干扰条件下导弹命中分析的仿真模型;最后对不同干扰条件下的飞机敏感性进行了仿真实验。结果表明:电子干扰一定程度上能够降低非隐身战机的敏感性,但是对于低雷达散射截面(RCS)或者采用先进抗干扰措施的武器系统而言,电子干扰对飞机敏感性降低的作用有限甚至有害。研究结果对现役飞机通过电子干扰降低敏感性以及对在研飞机的敏感性设计具有一定的参考意义。     

Selective thermal emission and infrared camouflage based on layered media

Infrared camouflage based on artificial thermal metasurfaces has recently attracted significant attention. By eliminating thermal radiation differences between the object and the background, it is possible to hide a given object from infrared detection. Infrared camouflage is an important element that increases the survivability of aircraft and missiles, by reducing target susceptibility to infrared guided threats. Herein, a simple and practicable design is theoretically presented based on a multilayer film for infrared stealth, with distinctive advantages of scalability, flexible fabrication, and structural simplicity. The multilayer medium consists of silicon substrate, carbon layer and zinc sulfide film, the optical properties of which are determined by transfer matrix method. By locally changing the thickness of the coating film, the spatial tunability and continuity in thermal emission are demonstrated. A continuous change of emissive power is further obtained and consequently implemented to achieve thermal camouflage functionality. In addition, other functionalities, like thermal illusion and thermal coding, are demonstrated by thickness-engineered multilayer films.     

飞机作战生存力分析方法研究进展与挑战

军用飞机在执行作战任务过程中,常常会与武器系统遭遇,如何分析其生存能力从而进行改进设计一直是航空领域的研究难点。回顾了作战生存力研究的历史与现状,从敏感性计算和易损性计算两方面总结了生存力的定量分析方法,重点综述了基本信号探测敏感性模型、雷达对抗下的敏感性模型、红外对抗下的敏感性模型,以及部件间弹道遮挡关系确定、部件毁伤测度与判据、重叠及高维空间易损性计算、薄弱部位确定方法等方面取得的新进展。在此基础上,针对未来体系对抗与先进武器环境,提出了生存力研究需要关注和解决的问题,包括网络与信息战下的敏感性分析、敏感性对抗装置的效益代价与权衡设计、部件易损性毁伤机理与判据、先进武器及多因素耦合下的易损性分析以及大数据背景下的性能降级易损性研究等。     

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。     

红外隐身涂料的研究进展

介绍了红外隐身材料国内外研究进展情况,包括构成红外隐身材料的填料、树脂及其红外性能的各种影响因素,最后还介绍了与雷达隐身材料的兼容性问题。     

直升机红外隐身技术研究

本文主要分析讨论了直升机红外隐身技术措施和一体化红外抑制器方案,通过对一体化红外抑制器主喷管和混合管缩比模型试验件进行热态试验,测量了在不同下洗气流速度下出口截面的排气温度场和红外辐射特性,得到了一体化红外抑制器的性能情况,试验结果表明,所提出的一体化红外抑制器具有很好的红外抑制效果。     

雷达型空-空导弹仿真试验研究

随着导弹武器系统的快速发展,仿真在导弹综合试验中,发挥越来越重要的作用,因为它是缩短导弹系统的研制周期,提高效费比的关键。本文叙述了雷达型空-空导弹的特点和导弹仿真系统的设计,并介绍了导弹与机载设备的综合试验程序,最后对导弹截获目标概率进行了分析。     

A Criterion Based on Closed-loop Pilot-aircraft Systems for Predicting Flying Qualities

During the process of aircraft design, the mathematical model of pilot control behavior characteristics is always used to predict aircraft flying qualities (FQ). This is one of the important methods to avoid pilot-aircraft adverse coupling. In order to study the FQ criterion based on closed-loop pilot-aircraft systems, first, an experimental database is built, which includes 40 aircraft dynamics configurations and the corresponding flight simulation results. Second, the mathematical pilot models with a set of different aircraft configurations are obtained by this experimental database. Then, two FQ criteria, Neal-Smith criterion and Moscow Aviation Institute (MAI) criterion, are analyzed. And the relationship between the FQ level evaluated by actual pilot and the parameters of closed-loop pilot-aircraft systems is studied. Finally, an improved criterion of aircraft FQ is built based on the above two criteria. This new criterion is further used to predict FQ for four new aircraft dynamics configurations, and the prediction results verify its accuracy and practicability.     

基于数字虚拟飞行的民用飞机纵向地面操稳特性评估

针对民用飞机设计方案纵向地面操稳特性的评估需求,面向适航标准的要求,提出了一种基于数字虚拟飞行的评估方法。基于适航条例要求提出了纵向地面操稳特性的量化判定准则,建立了飞机的地面运动模型和驾驶员操纵模型,以实现起降等特定地面运行任务的数字虚拟飞行,最终依据数字虚拟飞行结果和判定准则对飞机设计方案的地面操稳特性做出评估。应用此方法研究了某大型运输类飞机的纵向地面操稳特性。数字虚拟飞行结果表明:前翻倾向的严重情况发生在起降过程的高速滑行段,主轮刹车引起的机身前翻倾向是显著的,起落架纵向定位参数设计以及飞行进近参数选择均会对飞机的纵向地面操稳特性产生影响。     

基于导波原位检测的复合材料疲劳表征与寿命预测研究

随着复合材料在先进飞行器结构中占比的逐渐增加,复合材料在服役过程中力学性能的变化对飞行器整体的安全至关重要。为了实现基于导波原位检测的飞行器复合材料整体部件疲劳评估和寿命预测,首先,从宏观和细观的角度研究复合材料疲劳损伤演化规律;在此基础上,通过分析导波波场信息,探究导波相速度、模态能量比等特征在表征复合材料疲劳方面的潜力;其次,从复合材料损伤机理出发,建立导波相速度与疲劳损伤累积的演化模型;然后,构建深度学习框架,以数据驱动的方式从导波波场中提取疲劳演化特征;最后,提 出基于贝叶斯模型平均方法的疲劳演化模型,对复合材料剩余疲劳寿命进行预测。结果表明：通过提取和分析导波特征信息,可以准确地对复合材料疲劳状态进行表征,结合贝叶斯模型平均方法和置信区间准则,实现了在试件疲劳破坏之前的剩余寿命预测。     

基于效能评估的战斗机末端光电对抗仿真

为掌握战斗机末端光电威胁交战场景,评估无源干扰手段使用样式策略和效能,采用集对分析和粗糙集理论的综合评估方法,研究了不同类型和数量来袭导弹时威胁等级和威胁排序实现算法。同时对飞机、多点源诱饵、伴飞诱饵及面源诱饵干扰特性的建模计算进行了分析研究,生成飞机与多点源、伴飞及面源诱饵相互影响的红外对抗场景。利用告警等级模型评估的威胁等级自适应决策出无源干扰的使用策略,并能对战斗机末端光电手段进行干扰效能评估。结果表明：能实时生成不同帧频下的战斗机末端红外对抗场景;根据威胁等级排序决策能力,对多点源、伴飞和面源诱饵使用策略和干扰效能进行有效评估。     

远程空空导弹攻防成功概率研究

攻防成功概率是衡量远程空空导弹武器系统作战效能的关键性指标。在研究被动/主动双模导引头远程空空导弹末制导截获概率模型和载机生存概率模型的基础上,建立了攻防成功概率的计算模型,并以F-16战斗机为打击目标进行了验证,进而根据算例结果分析了诸因素对攻防成功概率的影响,为远程空空导弹的作战效能评估提供了有益的参考。     

空战攻防对策力学准则的推广

对空战攻防对策力学准则进行了推广研究。导出考虑导弹杀伤半径不为零时的“圆捕获”的界栅方程，该方程表明“点捕获”界栅方程是“圆捕获”界栅方程的特例，给出了捕获区，逃逸区和界栅几何图形，该图形描述了界栅与视线距，视线变化率，视线角速度之间的关系；分析了导弹杀伤半径，导弹和目标机动能力的差值对导弹和目标空战效果的影响。     

Progress in helicopter infrared signature suppression

Due to their low-attitude and relatively low-speed fight profiles, helicopters are subjected to serious threats from radio, infrared(IR), visual, and aural detection and tracking. Among these threats, infrared detection and tracking are regarded as more crucial for the survivability of helicopters. In order to meet the requirements of infrared stealth, several different types of infrared suppressor(IRS) for helicopters have been developed. This paper reviews contemporary developments in this discipline, with particular emphasis on infrared signature suppression, advances in mixer-ejectors and prediction for helicopters. In addition, several remaining challenges, such as advanced IRS, emissivity optimization technique, helicopter infrared characterization, etc., are proposed, as an initial guide and stimulation for future research. In the future, the comprehensive infrared suppression in the 3–5 lm and 8–14 lm bands will doubtfully become the emphasis of helicopter stealth. Multidisciplinary optimization of a complete infrared suppression system deserves further investigation.     

大后掠机翼翼尖导弹动力响应空测与数据分析

 <正> 大后掠机翼翼尖挂导弹对外界干扰的动力响应很灵敏,这种干扰主要来自随机不稳定气流或各种突加载荷。为保证安全和防止导弹失控,摸清其响应值非常必要;除理论计算外,对可能遇到的不平稳气流和突加载荷在翼尖导弹上的动力响应进行了空测,并用频谱分析和功率谱密度分析处理了空测数据,制订了翼尖导弹振动与冲击试验谱,进行了地面试验与空中打靶试验,获得了满意结果。     

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.      

大型民用飞机货舱哈龙替代品抑制及灭火系统研究

基于美国联邦航空局休斯研究中心环保型飞机货舱哈龙替代品抑制及灭火的研究,阐释了飞机货舱哈龙替代品抑制及灭火系统最低性能标准,总结了氮气、气溶胶、细水雾等三种机载灭火系统最新研究成果,剖析了大型民用飞机货舱哈龙替代品抑制及灭火系统的最新发展趋势,分析了三种哈龙替代品抑制及灭火系统用于飞机货舱的可行性,旨在为我国大型民用飞机货舱哈龙替代品抑制及灭火系统研究提供工程技术参考。     

航空发动机排气喷管红外辐射特征数值研究

红外隐身技术对提高未来战机战场生存力具有重要意义,发动机排气系统是飞机后半球的主要红外辐射源。为了研究涡扇发动机排气喷管的红外辐射特性,采用与成熟商用CFD软件相结合的策略,基于离散传递方法,自主开发航空发动机排气系统红外辐射特征数值计算软件。提出一种射线行程追踪方法,用来提高软件计算效率和模拟精度;最后用该软件对某型涡扇发动机排气系统收缩喷管及两种采用不同红外抑制措施的喷管进行数值模拟研究。结果表明：相对于传统的收缩喷管,二元喷管能够在绝大部分探测方向上有效降低喷管的红外辐射,引射喷管可在大角度探测方向上起到显著的红外隐身效果。     

投弹对飞机稳定性影响分析

对带有自动驾驶仪的飞机投弹时的稳定性进行了分析。对投弹干扰问题进行了描述，并对投弹过程进行了建模、仿真和控制律优化设计。结果表明．导弹投放过程中，飞机能够很好地恢复和稳定姿态，飞机平台可以保证导弹顺利投放。