多序列激光阴影成像技术研究及应用

为获取超高速碰撞过程中弹丸的飞行姿态及碰撞所产生的碎片云特性,开展了多序列激光阴影成像技术研究。利用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大和补偿滤光等技术解决了单色光带来的衍射和干涉噪声以及碰撞瞬间强烈的自发光干扰问题,并先后在碰撞靶上建立了2序列、4序列和8序列激光阴影成像系统。该系统可以获得最小间隔1μs、曝光时间10ns、像素1000万的多个不同时刻的超高速瞬态变化过程图像,并在超高速碰撞靶试验中得到应用,获得了2～7km/s 撞击速度时碎片云的多序列阴影图像,该序列图像清晰地描述了碎片云的轮廓发展变化过程。该技术以低成本的方式实现了超高速摄影机的功能,满足目前碰撞试验粒子的飞行姿态及碎片云显示需要,并可以应用于其它超高速瞬态过程测量及流场结构显示。     

超高速碰撞碎片云的四序列激光阴影照相

为研究超高速碰撞过程中所产生碎片云的特性,在中国空气动力研究与发展中心超高速所碰撞靶上发展了四序列激光阴影照相系统。该系统由YAG激光光源、阴影仪、成像系统和控制系统组成,在采用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大、补偿式滤光等技术后,获得了撞击速度 v=4．6km／s时碎片云的四序列阴影照片。笔者对该系统的工作原理、调试情况及试验结果进行了介绍。调试及试验结果表明：（1）该系统可以获得最小间隔为1μs、曝光时间为10ns的4个不同时刻的超高速碰撞碎片云图像,满足碰撞试验中对碎片云照相的要求;（2）该技术可以发展为更多序列激光阴影照相系统,并应用于其它超高速瞬态过程的测量显示。     

铝-铝超高速碰撞闪光现象的初步实验测量

 为了研究不同碰撞参数条件下超高速碰撞闪光的特点及闪光温度的变化规律,构建了高温计及附属实验测量系统平台,利用该平台进行了超高速碰撞闪光的初步测量。根据Planck辐射的基本理论,对每次实验的碰撞闪光强度进行了4种波长的采集并对温度进行了拟合计算,得到了碰撞闪光温度历史。实验结果表明：对于弹丸、靶板材料均为LY12铝而言,碰撞角度（与靶板平面夹角）相同、碰撞速度在5.35~5.97 km/s范围内时,碰撞速度对碰撞闪光温度影响不明显;然而,碰撞速度相近,碰撞角度越大,碰撞闪光温度越高。     

用FTIR光谱仪测量排气系统中红外光谱辐射强度的方法

通过理论分析及实验研究讨论了傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪测量排气系统中红外光谱辐射强度过程中误差产生的原因, 设计了一套简易有效的测量方法.用此方法测量了黑体和热喷流的光谱辐射强度.结果表明:该测量方法能够有效地获得排气系统的中红外光谱辐射强度, 具有工程实用价值.      

200m自由飞弹道靶升级改造

200m自由飞弹道靶是国内唯一一座具备开展气动力、气动物理、材料抗粒子云侵蚀及超高速碰撞等地面试验研究的综合性弹道靶设备。为满足高超声速飞行器发展的进一步需求,2009年起气动中心对200m 自由飞弹道靶进行了升级改造,升级设备包括发射器系统、靶室/真空系统、测控系统、模型姿态测量系统等。改造后的发射器系统将新增203mm和120mm口径二级轻气炮,具备0．5～30kg模型发射速度0．3～5km/s 的发射能力;靶室由原来的Ф1．5m洞体升级至Ф3m洞体,同时配备新的真空设备,实现0～80km高度模拟;测控系统将扩大测试视场以满足大模型测控需要;模型姿态测量系统除阴/纹影照相系统外,还将新增双目前光成像定位系统、脉冲X射线成像测量系统等测试设备。改造后的200m自由飞弹道靶将成为大中小口径发射器配套齐全,兼具气动力特性、材料抗粒子云侵蚀、高速/超高速碰撞等试验能力的综合性弹道靶设备。     

电弧等离子体射流光谱学诊断系统及软件包

本文描述了电弧等离子体射流光谱信号自动化ＣＣＤ测量系统，介绍了自行研制的诊断软件包的功能。我们采用的ＣＣＤ测量系统，数据采集和处理由ＰＣ机实施，其测量速度达到毫秒级，波长分辨率为０．０１ｎｍ，一次测量光谱范围为２２．０ｎｍ。利用该系统对纯氩和氩、氮混合电弧等离子体射流进行了测量，获得了射流的原子和分子光谱谱图。     

线阵CCD像机立靶坐标测量系统

本文叙述了线阵CCD像机立靶坐标测量系统的基本原理和组成，介绍了用于常规兵器立靶密集度测量的方法和该系统的有关性能，分析了测量系统的技术难点和测量精度，提出了解决技术难点的措施和方法，该系统可为常规武器的立靶密集度测量提供一种使用方便，测量精度高，实时性好的测量手段。     

地对空动态目标红外特性测量系统

“地对空动态目标红外特性测量系统”主要用于低空运动目标（飞机、导弹等）和地、海运动目标（坦克、车辆、舰艇等）以及静态目标的红外辐射特性测量与研究。该系统可对目标进行自动跟踪、对目标实现空间定位、测量目标的红外辐射强度分布、光谱辐射分布以及红外热图像。由于采用了精密时统，实现了各测量设备之间、整个测量系统和被测目标之间的精密同步，因此可以精确研究目标红外辐射特性与目标对应状态（如目标姿态、运动速度、     

弹道靶红外辐射测量

为深入认识再入物理现象，在弹道靶上做了模型头部和近尾流红外辐射测量，发射器为14．5mm口径的二级轻气炮，模型为φ10mm的球，材料为聚碳酸酯和铝，模型发射速度4－6km/s，使用红外InSb探测器测量波长3－5.4μm的红外辐射，靶室压力5.32kPa，实验中使用光电法测量模型速度，两站阴影照相进行模型姿态监测和速度核实，实验结果表明：球模型的红外辐射强度强烈依赖于模型材料和模型飞行速度，对不同材料模型头部和尾部辐射强度的定性比较说明由于低温材料烧蚀产物的存在，极大地增强了头部和近尾流区的辐射强度，而且延长了尾流辐射长度。     

片光反射遮挡式超高速亚毫米粒子探测技术

为满足在超高速碰撞靶上开展航天器抗空间碎片防护性能试验,需要准确测量速度3～10km／s,以及更高速度的毫米级或亚毫米级粒子的飞行速度,在可以实现毫米级粒子探测的片光遮挡式粒子探测技术基础上发展了片光反射遮挡式粒子探测技术,通过采用提高粒子直径与激光光束宽度的比值,解决了探测粒子直径小于1mm时探测信号弱不能识别等关键技术,研制了试验装置并开展了验证试验,研究结果表明该技术在0．2～10km／s速度范围内可实现直径为0．1mm量级粒子的有效探测。     

非加力涡轮发动机排气系统红外辐射强度的数值计算

研究了非加力涡轮发动机排气系统红外辐射强度的数值计算方法.计算中考虑了固体壁面的发射与反射,以及燃气中水蒸气、二氧化碳和一氧化碳的吸收与发射.应用该方法计算了某涡扇发动机排气系统缩比模型的红外辐射强度,并且与实验结果进行了比较.结果表明,该方法能够比较精确地计算非加力涡轮发动机排气系统在35μm波段的红外辐射强度,具有工程实用性.      

热空腔-喷气流的组合辐射

讨论了热空腔(喷气发动机的加力筒)和喷气流的组合辐射问题, 推演了组合辐射的辐射传输微分方程, 导出了有边界辐射条件下的解。讨论了由多个温度不同的壁面组成且腔内充满高温燃气的热空腔辐射传输方程解的具体形式, 导出了它向后半球的光谱辐射强度的表达式;同时还推导了热空腔-喷气流组合辐射的光谱辐射强度的表达式。最后给出算例, 算例结果表明, 热空腔-喷气流组合辐射的空间分布具有与实测分布较一致的梨形包络, 其光谱分布也与实测的光谱分布的一致性较好。      

涡扇发动机排气系统红外特征

采用反向蒙特卡罗法(Reverse Monte-carlo,简称RMC)结合窄带模型计算了模型涡扇发动机(不带加力)排气系统的红外辐射强度。考虑了金属壁面的发射和反射以及燃气中CO2,CO和H2O等组分的吸收、发射和透射,组分的吸收系数由NASA SP3080数据库获得,并对判断射线归宿的过程进行了改进,开发了计算程序。实验测量了模型涡扇发动机排气系统的中波红外光谱辐射强度及其空间辐射强度分布。结果表明:计算得到的3～5μm波段内的光谱辐射强度以及空间辐射强度分布与实验值吻合较好,最大误差为10%左右,本文的计算方法能比较准确地反映涡扇发动机排气系统在非加力状态下的中波红外辐射特征。     

战斗机8~14μm波段红外特征及低发射率材料隐身效果

对某典型战斗机在8~14μm波段范围内的红外积分辐射强度空间分布进行了数值计算,考虑了大气透过率的影响,计算了使用红外搜索跟踪系统对战斗机进行探测时的探测距离,并分析了该战斗机采用低发射率材料后的红外隐身效果.战斗机的流场采用商用Fluent软件进行计算,红外辐射特征及探测距离采用自开发的NUAA-IRSE软件进行计算.计算结果表明:在8~14μm波段,周向角一定时,俯仰角越大红外积分辐射强度越大;俯仰角一定时,周向角越大红外积分辐射强度越大.采用低发射率材料后,战斗机在整个空间方向范围内,其红外积分辐射强度降低,战斗机红外隐身效果提高.      

红外抑制器缩比模型与原型件红外辐射特性关系的分析

本文运用红外辐射理论分析了红外抑制器缩比模型与原型件红外辐射特性的关系。通过对缩比模型与原型件的固体壁面和排气流定向红外辐射强度的分析,得出了缩比模型与原型件之间红外辐射强度的基本换算关系是尺寸比的平方关系,但应该乘上一个修正系数。     

蓝宝石辐射源制造技术

自红外导弹问世以来，红外制导技术有了重大发展，各种先进的红外对抗手段被研制出来，而专用红外辐射源是红外对抗装备的核心部件，由于其独特的技术性能，多年来，一直是困扰我国红外干扰技术发展的关键技术难点。由于提高光源辐射强度和提高光源调制深度是相互矛盾的两个方面，对于红外辐射源在技术上同时实现这两个基本要求是比较困难的，而蓝宝石光源采用提高光谱范围内脉冲峰值辐射强度和强制风冷改善调制特性的办法来解决这个矛盾，但在技术实现上仍十分困难。本文介绍了蓝宝石光源在设计和制造方面的成功经验及独特的工艺方法。     

EXPERIMENTAL STUDY ON THE INFRARED RADIATION CHARACTERISTICS FROM HOT JET

ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＳＴＵＤＹＯＮＴＨＥＩＮＦＲＡＲＥＤＲＡＤＩＡＴＩＯＮＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＦＲＯＭＨＯＴＪＥＴＳｈａｎＱｉｘｉａｎｇ；ＢｕＭａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕ...     

对流辐射板抑制涡扇发动机热喷流红外辐射的实验

用对流辐射换热板来降低混合排气涡扇发动机热喷流的红外辐射,并在涡扇发动机热喷流模拟实验台上进行了实验研究.测量了安装对流辐射换热板前后,轴对称喷管的热喷流的温度分布,轴对称喷管和二元喷管的热喷流在3～5 μm波段的红外辐射强度.结果表明:对流辐射换热板可以降低热喷流高温核心区的温度约10%,降低涡扇发动机热喷流的红外辐射强度约20%～30%.      

混合管出口掺混距离对气流温度的影响

就弯曲混合管出口与模型出口之间相对距离的改变,对一体化红外抑制器模型出口混合气流温度的影响进行了数值模拟和分析.并通过实验,对出口间距变化时模型壁面的红外辐射场进行了测量.结果表明,延长混合管出口与模型出口之间相对距离,可以增加混合管热排气与冷却气流的掺混距离,使模型出口混合气流温度峰值下降约42%;但同时会使模型壁面在3～5μm波段和8～14μm波段的红外辐射强度有所增加.