红外与激光工程
2023, 52(5): 20220606
红外与激光工程
2022, 51(10): 20220023
1 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所, 四川 绵阳 621000
2 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所, 四川 绵阳 621000
3 坦普尔大学物理学院, 美国 宾夕法尼亚州 费城 19122
分子光谱参数是红外辐射计算的基础数据,目前国内还没有类似HITRAN数据库的气体光谱数据库,在国家数值风洞工程的支持下,本文开发了高温空气光谱参数计算代码,目的是为目标红外辐射计算提供支持。NO是高超声速飞行器高温空气流场中的主要化学反应产物之一,其振转能级跃迁产生的辐射处于红外探测器的典型波段。本文基于ab initio计算的NO分子分裂后的分子势和永久偶极矩,计算了NO分子的线强度(温度达到了8000 K);在300 K和3000 K温度下,目前的理论计算结果与HITRAN数据库中的数据符合得非常好;本文还采用窄带模型计算了296 K和2000 K温度下NO分子X 2Π1/2态的吸收系数。目前所用方法可以不借助实验光谱常数,使低振动态和高振动态都得到比HITRAN数据库更多的线位置,可为国家数值风洞目标辐射特性计算提供NO分子高温光谱数据。
光谱学 国家数值风洞 红外辐射 光谱参数 势能曲线 自旋轨道耦合
1 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所,四川 绵阳621000
2 华中科技大学 航空航天学院,湖北 武汉 4300074
3 中国航天科工集团第九研究院设计所,湖北 武汉 430035
弹道导弹发射阶段发动机尾焰中的H2O、CO2等大量高温气体组分和弹头再入段高温气体流场以及受气动加热的本体均产生强烈的红外辐射,是红外预警、跟踪、制导的重要信号。针对印度烈火-Ⅱ导弹,开展其助推段和再入段的辐射特性计算分析。从窄带辐射模型出发,考虑流场中重要气体组分的红外辐射机制,建立高温气体组分光谱参数的计算方法,发展了目标红外辐射特性计算软件。根据助推段火箭发动机尾焰流场和再入段流场的数值模拟的物理化学参数,利用所发展的辐射计算软件,计算分析了烈火-Ⅱ导弹助推段和再入段典型状态的红外辐射特性,可以为针对烈火导弹的预警、反导提供参考。
烈火-Ⅱ导弹 发动机尾焰 发射段 再入段 红外辐射 Angi-Ⅱmissile rocket plume launching stage reentry stage IR radiation 红外与激光工程
2020, 49(5): 20190493
中国空气动力研究与发展中心 计算空气动力研究所, 四川 绵阳 621000
研究拦截弹绕流红外辐射特性对红外导引头设计具有重要意义。基于求解化学非平衡Navier-Stokes方程的方法, 对高超声速拦截弹化学反应绕流进行数值模拟。在此基础上, 基于谱带辐射模型, 对拦截弹侧面的光学窗口附近流场在0.8~20 μm波段的光谱辐射特性进行数值计算, 分析窗口附近流场红外光谱辐射随飞行参数的变化特征和规律。研究表明: 拦截弹窗口流场光谱辐射主要来源于CO2和NO分子的振动-转动谱带; 飞行马赫数一定, 窗口流场光谱辐射沿飞行高度的变化规律主要由流场中气体分子的数密度分布主导; 飞行高度一定, 窗口流场光谱辐射随飞行马赫数的变化规律主要由流场温度控制, 随着飞行马赫数增大, 流场中NO分子的光谱辐射效应增强。
红外辐射 流场 组分 数值模拟 高超声速拦截弹 infrared radiation flow field species numerical simulation hypersonic interceptors 红外与激光工程
2017, 46(12): 1204001
中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所,四川绵阳 621000
高温气体流场辐射特性在高超声速飞行器目标探测、识别和气动热环境预测等方面具有重要应用。基于带辐射模型,考虑硅基防热材料热化学烧蚀产物的可见光和红外辐射机制,建立了烧蚀产物光谱参数的计算方法,发展了高温气体烧蚀流场辐射特性计算软件。高温气体烧蚀流场的数值模拟结果,利用所发展的辐射计算软件,计算分析了自由飞弹道靶实验模型及高超声速钝头体流场的辐射特性,重点研究了各种烧蚀产物的影响。研究表明:烧蚀产物对流场红外辐射特性具有重要影响。
高超声速飞行器 硅基材料 流场 高温气体 烧蚀产物 辐射特性 hypersonic vehicles silicon-based materials flow field high-temperature gas ablation products radiation characteristics
1 中国空气动力研究与发展中心, 四川 绵阳 621000
2 试验物理与计算数学国家级重点实验室, 北京 100076
研究红外光线经过高速流场时由于折射产生的瞄视误差(BSE),对于红外末制导拦截弹的命中精度有重要意义。考虑高温真实气体效应,求解热化学非平衡Navier-Stokes (N-S)方程得到导引头的流场,采用光线追迹的方法,对红外光线经过流场后到达导引头光学窗口的瞄视误差进行了计算分析,研究了光线入射角、飞行马赫数、攻角、高度及红外导引头外形对瞄视误差的影响。
气动光学 光学窗口 高速流场 光线追迹 瞄视误差