封闭腔内复杂条件对辐射传递系数影响的数学模型与数值模拟

文章基于蒙特卡罗-射线踪迹方法,建立某航天器部件封闭腔内表面间辐射传递系数的数学模型,数值模拟求解理想表面间的辐射传递系数-角系数和在不同表面反射率和镜漫反射比例系数条件下的辐射传递系数,分析表面反射特性和空间几何条件对其影响.计算结果表明:辐射传递系数的计算方法和结果是可靠的,各表面之间的辐射传递完全符合能量守恒定律;辐射传递系数能够考虑表面之间的空间几何位置、多次反射和辐射界面特性等综合影响因素,真实地反映了理想和非理想表面间的辐射能量传递.     

半透明吸收、散射性介质内辐射传递系数的新型计算方法

为考虑半透明吸收、散射性介质内各向同性散射对辐射能量传递过程的影响,通过对辐射能量传递过程的分解,提出了一种基于辐射能量传递过程分解的射线踪迹法,该计算方法无需引入预设控制精度参数。经与其他计算方法的比较表明,该新型计算方法正确,计算精度高、计算时间短,可以用于研究介质内辐射能量传递过程的研究。     

空间辐射散热器含液滴介质的辐射特性和辐射传热

本文从米氏电磁散射理论出发，计算了含液滴介质的辐射特性。考察了中向同性散射能量传递份额的再分配，导出了吸收、发射、各几同性散射介质的辐射传递系数。计算了空间辐射散热器液滴层瞬态辐射换热，经与文献［４，５］的比较表明，本文所导出的辐射传递系数计算方法正确，精度高。用计算机辅助实验，分析液滴发生器产生粒子的大小、粒径分布对瞬态辐射换热的影响，可减少空间辐射散热器设计过程中的实验次数。     

一种新的室内射线追踪方法

针对现有射线寻迹方法在室内场景应用时效率低下的问题,本文研究一种射线追踪的新方法,用于计算建筑物内部的电磁场分布。首先,引入一个可见面矩阵来描述所有平面的遮挡关系。在连接源点和场点的所有可能射线中,将最不可能的那些射线直接通过该矩阵排除掉,而剩余的射线通过严格的共轭梯度法进行识别,从而确定射线的准确路径。接着,采用一致性几何绕射理论计算每一条射线的电磁场。这种通用的射线追踪算法能够对任意反射、折射和绕射射线进行分析,因此比镜像法更灵活。最后,通过计算一栋房子内电磁场分布表明：本文方法在室内应用场景中比WinProp（电磁波传播仿真软件）更快更准确。     

单元表面间辐射传递系数的新型计算方法

通过对辐射能量传递过程的分解，建立辐射传递系数与角系数之间的关系，提出了一种计算具有漫反射辐射界面特性的单元表面之间辐射传递系数的新型计算方法。该方法分离了单元表面辐射特性和几何特性对辐射传递系数的影响。分别采用新方法和蒙特卡洛法计算了立方体内部单元表面之间的辐射传递系数，并且从理论上对两种计算方法的耗时性和计算精度进行了分析比较。结果表明，相对于蒙特卡洛法，该方法所需的计算时间更少，而且不随单元表面吸收率的变化而变化；在计算精度上，该方法相对于蒙特卡洛法具有更高计算精度。     

基于GPU的电磁计算与SAR回波仿真加速方法研究

电磁计算与SAR（Synthetic aperture Radar,合成孔径雷达）回波仿真算法在雷达系统设计、雷达算法验证与目标自动识别算法研究等方面起着重要的作用,针对传统的电磁计算与SAR回波仿真算法耗时过长的问题,本文提出了一种基于GPU（Graphic Processing Unit,图形处理器）的电磁计算与SAR回波仿真全流程加速方法。首先,将传统算法中的三个核心计算部分——射线跟踪、电磁计算与SAR回波仿真进行多线程划分,然后利用GPU通用计算平台,并行处理所有线程单元,加快仿真速度。最后,实验结果表明：该方法相对于单核CPU计算的加速比达到450左右,相对于10核心CPU计算的加速比达到50左右。该方法在保证生成数据与传统算法一致的前提下,实现了良好的加速效果。     

星敏感器光学系统的热/结构/光分析

星敏感器是高精度的航天器姿态测量器件,其性能受太空温度环境的影响。运用有限元法和光线追迹法,建立星敏感器光学系统的热/结构/光分析模型,研究光学系统温度分布与星敏感器测量误差的关系,得到了算例光学系统在温度均匀分布条件下的温度变化以及轴向温度梯度变化、侧向温度梯度变化与星敏感器测量误差的关系曲线;给出了算例光学系统热误差小于角秒量级的温度条件:均匀温度分布条件下温度变化量≤10℃、轴向温度梯度≤0.1310℃/mm、侧向温度梯度≤0.0325℃/mm,为高精度星敏感器光学系统热控制提供科学的依据。     

基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法

为了解决目标识别、隐身目标设计等研究领域对雷达图像需求日益增加的问题,提出了一种基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法。该方法利用射线追踪计算每一个射线管的散射电场及其在雷达成像平面的投影坐标,通过将所有射线管的贡献在像域进行累加得到1幅二维雷达图像。通过对不同路径射线的聚类,可实现对散射贡献的分离,从而建立目标部件与强散射源的对应关系,并对复杂目标雷达图像进行解释。给出了Slicy目标的快速雷达图像仿真与算例分析,分析结果表明:基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法可对复杂雷达图像进行有效预测,并能对强散射源进行成因分析。     

高超声速旋转体气动加热、辐射换热与结构热传导的耦合数值分析

采用流场-热-结构耦合的计算方法,耦合气动加热、辐射换热和结构热传导,互为边界条件进行同步计算,研究了旋转体高超声速的流场和固壁温度分布,并数值模拟了旋转体的外流场和固壁结构温度场的非定常过程。计算结果表明：该数值方法可行,能较好地模拟整个流场和温度场的物理变化过程。     

地球与大气反射光对空间光学传感器探测能力的影响仿真研究

现有辐射计算模型不考虑地表的各向异性特征,导致计算结果存在较大误差。针对这一问题,提出一种新的地球与大气反射光对传感器照度贡献的计算模型,考虑了地表反射、大气散射和辐射传输三方面的影响因素;在此基础上提出一种启发式蒙特卡罗重点光线采样方法,该方法根据给定的传感器参数和空间几何参数高效解算地球与大气反射光对空间光学传感器探测能力的影响程度。     

航天飞行器中舷窗温度场及换热的研究：外部界面处于第三类非线性边界条件

本文采用控制容积法,光线踪迹法结合谱带模型,研究航天飞机返回大气层时舷窗硅玻璃的非稳态复合换热。文章给出了界面S_2处于第三类非线性边界条件下,舷窗硅玻璃内部的温度场和进入机舱内部的热流密度。计算结果表明,如不考虑硅玻璃内部的辐射作用,对温度场影响不太大,但对进入机舱内的热流密度将会产生很大的误差。