飞机红外辐射及大气透过率计算方法

研究了飞机目标的红外辐射特性,以及红外辐射在大气中的辐射衰减特性.根据现有的理论基础以及飞机自身结构特性,将飞机的红外辐射源分为蒙皮、尾喷口和羽流3部分,并提出了3个辐射源在不同波段、不同角度下的红外辐射特性计算方法.根据红外辐射的大气传输特性,采用了不同波长、不同弹目距离下的大气透过率简易计算方法,并将其与Lowtran7进行比较.计算了飞机在不同波段下,经大气衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度.     

液体火箭喷焰红外特性的数值仿真

用传输方程积分法计算液体火箭喷焰在光谱2~5?μm的红外特性,并考虑了经过海平面一定长度的水平路程后大气对液体火箭喷焰辐射的衰减作用.计算喷焰的形状为圆柱形,温度和组分的摩尔分数沿轴向和径向变化.计算中考虑气体组分H₂O,CO₂,CO的吸收与发射,喷焰内燃气的光谱透过率用SLG模型计算,大气的光谱透过率用LOWTRAN7.0计算.给出一台推力为1.125×10⁶N的液体火箭发动机喷焰表面以及经过海平面0.88?km水平路程大气衰减后的光谱辐射强度,经比较与参考文献给出的结果基本一致.     

脉冲射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了脉冲射流强化混合喷流在3~5 μm波段的红外辐射特性,并与无脉冲激励喷流的红外辐射特性进行了比较,分析了脉冲射流强化混合对喷流红外隐身的效果.流场及温度场采用有限体积法和重整化群(RNG,Renormalization Group)k-ε湍流模型求解N-S方程得到.喷流的红外辐射强度采用有限体积法结合窄带模型求解吸收发射性介质辐射传输方程得到.计算结果显示,在亚音速条件下,少量的射流流量(占3%的主流流量)就可以使核心区长度缩减一半以上,在天顶角90°方向探测喷流的红外辐射强度,各个方位角上都有较大衰减,与激励源垂直的平面上的衰减效果相比,与之平行的平面上的更为强烈.      

太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m²·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m²·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.     

微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了微射流强化混合喷流在3~5μm波段的红外辐射特性,并与无微射流强化混合的喷流红外辐射特性进行了比较,分析了微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响.喷流的流场及温度场结果采用有限体积法求解N-S方程得到,采用Tam-Thies湍流模型模拟喷流.红外辐射特性的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得到.计算结果表明,在中等亚音速条件下,微射流可以达到较好的强化混合效果,射流流量占主流流量1%时,喷流的红外辐射强度比基准喷流的红外辐射强度降低15%左右,射流流量达到主流流量的3%时,喷流的红外辐射强度可以降低27%左右.     

氧气A(0,0)波段气辉体发射率和临边辐射强度模拟与分析

临近空间大气参数如温度、密度、风场等对预报模型精度及航天器运行安全等有较大的影响,而气辉的辐射模拟是大气参数反演的重要过程.本文基于光化学模型计算了氧气A（0,0）波段气辉的体发射率和临边辐射强度.基于氧气A（0,0）波段气辉的光化学反应机制、大气动力学和光化学反应理论,建立产生O₂（b1Σ_g+）的光化学模型.计算气辉体发射率,基于临边探测几何路径进行气辉辐射强度模拟.体发射率计算结果与AURIC模型结果的辐射值及辐射高度均一致.基于计算和模拟结果,对氧气A波段气辉体发射率和辐射强度的影响因素进行了分析.      

红外窗口材料的热辐射特性测量方法

飞行器在大气层内高超声速飞行时,高温窗口迅速成为气动热辐射效应的主要因素,气动热辐射效应会降低甚至破坏红外(IR)探测系统的性能.通过分析红外探测窗口热辐射传输特性,提出一种红外窗口材料的热辐射特性测量方法,并测量了应用于中波红外(MWIR)探测系统的某蓝宝石红外窗口材料在高温状态下的透过率和自身辐射等热辐射数据.结果表明:在100~350℃范围内,0.1mm厚蓝宝石材料薄层在中波红外3.7~4.8μm波段的热辐射特性与温度近似呈3次方关系,温度越高,蓝宝石透过率越小,自身辐射越大.强烈的自身辐射极易导致红外探测器局部饱和现象,对探测系统造成的影响比透过率引起的信噪比(SNR)下降要大得多.      

空间目标红外特征仿真模型

建立了一种基于三维场景的空间目标红外辐射特征计算模型.模型对多层介质目标进行几何建模与三维剖分,考虑目标微动时太阳和地球对目标加热的影响,计算了目标外表面的辐射散热及内腔壁面元间的辐射换热,在此基础上完成目标的三维导热计算,利用Gauss-Seidel迭代法求解微元体的温度,进而计算了中长波和长波红外波段目标自身的辐射、对外热源的反射以及总的辐射亮度图像和辐射强度曲线.研究表明,无自旋的目标在圆周方向受太阳加热不均,温差显著;自旋使目标圆周方向温差减小,温度分布趋于均匀.     

原子氧对红外干扰材料消光性能的影响研究

为探索大气中的红外干扰材料可否应用于外层空间, 利用原子氧效应地面模拟装置对铜粉和石墨粉两种红外干扰材料样品进行了原子氧暴露实验, 并对样品进行了质量分析、XRD分析和红外透过率测试. 结果表明, 原子氧累积通量达到5.0×1019cm-2时, 铜粉样品质量增加0.004mg•cm-2,石墨粉样品质量损失0.117mg•cm-2; 原子氧暴露后, 铜粉对3~5μm与8~12μm红外质量消光系数由3.64 m2•g-1与2.74 m2•g-1变为3.14 m2•g-1与2.65 m2•g-1, 消光能力降低; 石墨粉对3~5μm和8~12μm红外的质量消光系数由6.54 m2•g-1和5.78 m2•g-1减小为2.38 m2•g-1和2.27 m2•g-1, 消光能力明显减弱.      

武装直升机红外隐身系统研究

根据武装直升机在执行作战任务时所面临的战场环境,明确了红外隐身时重点考虑红外制导导弹的威胁,介绍了红外制导的方式及发展趋势,导出了导弹在点源制导和成像制导两种情况下作用距离的计算公式,论述了获得武装直升机红外辐射特性的理论分析计算和飞行测量两种途径,通过算例研究辐射强度和温差对导弹作用距离的影响,并对红外抑制效果与途径进行分析.      

巡航导弹群突防舰载反导系统快速分析模型

针对巡航导弹初始设计阶段需要频繁进行人机对话的特点,引入拦截弹拦截性能修正因子的概念,综合运用导弹分析方法中的估计方法与检验方法,以突防效率为评价指标采用新思路建立了巡航导弹群突防舰载反导系统快速分析模型,为初始设计阶段提高巡航导弹作战性能提供快速、可靠的数学工具.基于所建立的快速分析模型,对影响巡航导弹突防典型舰载反导系统的主要因素进行灵敏度分析,分析结果可为巡航导弹设计指明方向.     

导弹自主编队综合作战效能评估方法

针对导弹自主编队协同制导与控制技术的综合作战效能评估问题,引入了协同制导与控制能力等级(CGCL)的概念,并结合层次分析法(AHP)和ADC效能评估模型建立了导弹自主编队综合作战效能的分析模型,分析了导弹自主编队典型作战想定下导弹编队成员的协同突防概率、交班成功率、命中概率和毁伤概率,分析过程充分考虑了导弹自主编队作战的能力和特点,并在搭建的导弹自主编队攻防对抗综合仿真验证系统上分析和验证了其有效性,为定量地分析导弹自主编队的综合作战效能提供了快速可靠的计算方法。     

基于虚拟视线交会的飞航导弹INS误差修正方法

针对飞航导弹惯性导航系统(INS,Inertial Navigation System)单独使用时存在位置和速度估计误差发散的问题,在不需要弹目距离信息的情况下,提出了一种基于对航路上单个已知地标连续、被动观测的INS误差修正方法.根据导弹与地标间的相对运动关系,采用虚拟视线交会的方法,将问题转化为多虚拟地标协同定位导弹问题.在此基础上,利用最小二乘思想,实现了导弹位置的有偏估计.以估计得到的有偏位置信息和基于大气系统得到的INS速度误差大小作为观测量,应用考虑系统误差估计补偿的卡尔曼滤波,实现了导弹位置和速度的无偏估计.仿真结果验证了方法的有效性.     

雷达散射截面对飞机生存力的影响

飞机的雷达散射截面(RCS)是影响飞机生存力的重要因素之一.建立了飞机对由预警雷达、截击机和地空导弹组成的现代化空防系统的生存概率的计算方法.其中包括发现概率、击中概率和击毁概率的计算.在计算发现概率时,考虑了天线方向图传播因子和大气损耗的影响;在计算击中概率时,考虑了信噪比对脱靶距离的影响.通过计算,分析飞机的RCS对生存力的影响.研究结果表明,减缩飞机的RCS不仅可以显著降低飞机被探测的概率,而且还可以缩短截击机和地空导弹对飞机的最远拦截距离.为提高飞机的生存力必须降低飞机的RCS.     

基于光学信息的导弹低空突防导引策略

为增加巡航导弹低空突防的概率,在离线规划好航迹后,要保证导弹以最小偏差沿航迹飞行.通过仿真发现,传统的角指令法存在航路点切换时导弹过载超过指标要求,导弹越过障碍物时有较大的过顶时间的问题.为解决这一问题,提出了一种导弹纵向和横侧向的航路导引方法和指令生成方法,并以某型导弹低空突防为例,设计了飞行控制律.通过地形跟随六自由度仿真,比较了两种航路导引方法对地形跟随性能的影响.仿真结果都表明:采用这种纵向和横侧向航路导引方法和指令生成方法以后,该型导弹的地形跟随飞行性能得到了明显提高.      

基于多光谱测温优化的材料光谱发射率测量

针对高温材料红外光谱发射率测量中样品表面温度难以准确测量的问题,提出了直接使用光谱仪测量得出样品表面的光谱辐射能量信息,选取其中合适的光谱波段利用多光谱测温方法得到样品表面温度,进而计算出材料的光谱发射率.分析了多光谱测温中发射率模型的阶次和测量波段选取对测温准确度的影响,给出了温度计算的稳健算法,并对其主要不确定度的来源进行了评定.在1 100 K左右温度下以不锈钢材料进行实验验证,得出温度引起的光谱发射率相对不确定度在2～20 μm范围内低于2%,满足红外隐身和辐射测温等领域的要求,适合于导热性能差的材料或涂层材料的高温光谱发射率测量.     

武装直升机红外辐射计算中多重遮挡处理

针对武装直升机红外辐射计算中任意方向上可视净面积求取问题,提出了一种基于随机模拟的遮挡处理方法.该方法利用曲面造型方法建立直升机的三维模型,并将其离散为四边形面元,采用翼边拓扑结构描述直升机外形的数学模型.在此基础上,基于可见性测试、深度测试和遮挡测试原理对空间多边形面元进行遮挡判断,求出其遮挡面元集,再利用随机变量的统计方法对该多边形进行遮挡计算,求得净面积.对某型武装直升机和简单形体的计算表明,通过合理划分面元数和选取随机点数, 简单目标计算误差可以控制在5%以内,复杂目标可以控制在工程精度要求内.该方法已应用于武装直升机红外辐射特性计算软件中,应用表明该方法稳定、可靠,适于工程分析.