红外与激光工程
2023, 52(7): 20220810
1 中北大学 机电工程学院，山西 太原 030051
2 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室，北京 100854
3 哈尔滨工业大学 工信部空天热物理重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
在火箭发动机喷焰红外辐射预测过程中，由于弹道参数的不确定性因素存在，会影响喷焰红外辐射信号计算结果的置信度。文中以Atlas-IIA低空喷焰为研究对象，以来流速度、来流温度、来流压力和飞行攻角为不确定性输入变量，采用拉丁超立方试验设计样本，开展喷焰反应流场与红外辐射特性计算，获得各样本点对应的喷焰红外辐射响应值，利用非嵌入混沌多项式（No-intrusive Polynomial Chaos, NIPC）方法构建代理模型，采用响应面法求解NIPC多项式系数，基于统计参量研究各参量对红外辐射信号的不确定度和敏感性。结果表明来流特性引起的辐射强度不确定度与波段的选取有较高的关联度。来流速度对光谱辐射强度的灵敏程度最高，来流压力和攻角次之，来流温度的影响可忽略不计；来流速度对2.5~3.2、2.8~3.0 μm谱带内的辐射强度敏感，主Sobol指数占比均在80%左右，来流压力对4.35~4.65 μm波段辐射强度的影响占比为70%；各参数间的耦合作用对喷焰红外辐射的影响不高于4%。该研究可为火箭发动机尾喷焰红外辐射准确预估和置信度评估提供理论支撑。
来流参数 尾喷焰 NIPC 红外辐射 不确定度 free stream parameter rocket exhaust plume NIPC infrared radiation uncertainty 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220621
1 中北大学 机电工程学院, 太原
2 哈尔滨工业大学 工信部空天热物理重点实验室, 哈尔滨
火箭发动机高温尾喷焰因具有显著的红外辐射特征成为天基红外系统探测、跟踪、分类和识别任务重点关注的对象。火箭发动机喷焰辐射信号产生、传递机制的物理建模和数值计算一直是目标探测领域重点关注的问题, 也正朝着高精度、高效率的方向发展。针对火箭发动机喷焰红外辐射数值计算研究, 围绕喷焰红外辐射计算链路所涉及的各环节, 从喷焰反应流场模拟、高温燃气辐射物性参数计算、辐射传输计算和数理模型校验试验等方面的研究情况展开综述。
火箭发动机尾喷焰 红外辐射 辐射传输 rocket exhaust plume infrared radiation radiative transfer
1 西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室， 四川 绵阳 621010
2 中国航发四川燃气涡轮研究院 航空发动机高空模拟技术重点实验室， 四川 绵阳 621000
针对高温高速尾喷流场速度的快速准确测量问题，提出了一种基于微粒示踪的燃烧尾喷流速场测量方法。通过主动向尾喷流中添加具有灰体辐射特性的金属微粒，采用合适的观测参数对其进行高速成像，结合灰度分布互相关评估微粒图像的最大互相关度，从而获得流场速度。利用同轴射流火焰系统对测量方法开展了流速测试研究。结果表明，射流速度90~140m·s-1内测量值与一维理论值相对偏差不超过5%，微粒吹送速度0.02~0.1m·s-1下流速测量值相对偏差低于0.35%，验证了所提方法适用于类似航空发动机试车尾喷流场速度测量的应用场景。
光学测量 燃烧尾喷流 高速成像 微粒示踪 速度场测量 图像处理 optical measurement combustion exhaust plume high-speed imaging particle tracing velocity field measurement image processing
哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150006
对含固体粒子的气固两相尾焰红外辐射特性进行了仿真建模,并采用光线跟踪方法计算了尾焰辐射强度和辐射抑制率。设计了飞行状态尾焰流场的仿真环境和空基红外相机成像的仿真场景,通过固体粒子辐射抑制机理确定了粒子直径、粒子流量和粒子复折射率是影响辐射抑制率的主要因素。仿真计算结果表明:减小粒子直径、增大粒子流量能增强固体粒子的辐射抑制能力;增大粒子的吸收截面能增强固体粒子在气体吸收谱段的辐射抑制能力,同时降低其在非气体吸收谱段的辐射抑制能力;在某些情况下,固体粒子会增加尾焰辐射强度并改变光谱辐射特性。
散射 粒子散射 气溶胶隐身 飞机尾焰 红外隐身 固体粒子 光学学报
2020, 40(21): 2129001
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
讨论了紫外告警技术原理，研究了导弹紫外辐射特性和导弹紫外辐射相关的发动机尾焰高温物质以及尾焰中可燃性物质二次燃烧，介绍了国内外紫外告警装备的发展及现状，论述了从第一代概略型紫外告警装备到第二代成像型紫外告警装备的发展过程。最后，分析总结了紫外告警技术的发展动向。
紫外告警 日盲紫外 发动机尾焰 ultraviolet warning sun-blind ultraviolet exhaust plume
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
2 广西高校光电信息处理重点实验室（桂林电子科技大学）, 广西 桂林 541004
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
首先介绍固体发动机尾焰中钾原子的来源及其在尾焰中的辐射机理, 并基于原子谱线理论对尾焰钾共振双线的光谱线型特征进行分析。 然后, 采用理想模型及半经验公式法对尾焰流场分布进行数值模拟, 通过尾焰的流场参数使用C-G近似法数值计算尾焰钾共振双线的辐射特性。 最后, 利用大气辐射传输模型计算尾焰中钾共振双线辐射信号经过大气传输后到达探测系统的光谱特征。 结果表明, 该方法能有效地仿真计算尾焰近红外钾线高光谱精细结构。 仿真结果亦表明钾共振双线光谱信号能有效通过大气传输, 可作为尾焰探测识别的依据。
固体发动机尾焰 钾共振双线 大气透过率 数值模拟 Exhaust plume of engine Potassium resonance doublet shape Atmospheric transmittance Numerical simulation 光谱学与光谱分析
2017, 37(9): 2717
中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003
利用中波红外和长波红外热像仪对某型 喷气飞机发动机尾焰的红外辐射特性进行了测量，得到了3 ～ 5 m 和8 ～ 12 m波段的尾焰辐射亮度分布。结果表明，从飞机 尾向上观测到的中波红外和长波红外尾焰均成对称分布，前者的最高辐射亮 度和尾焰面积分别是后者的4.6倍和2.1倍；从飞机侧向上观测到的 中波红外尾焰的最高辐射亮度、尾焰长度和面积分别是长波红外尾焰 的2.2倍、3.8倍和5.7倍，前者的优势非常明显。另外，受高温尾焰加热的影响，尾 焰周围空气的温度明显上升，使其辐 射亮度高于其他背景的辐射亮度。本文获得的测量结果对尾焰红外辐射特性仿 真和计算研究具有一定的参考价值。
发动机 尾焰 红外辐射 辐射亮度 热像仪 engine exhaust plume IR radiation radiant intensity thermal imager
1 光学辐射重点实验室, 北京 100854
2 中国长峰机电技术研究设计院, 北京 100854
舰船动力系统的高温排气羽流是舰船红外辐射的重要来源之一, 通过建立基于CFD数值方法的排气羽流流场分布模型和基于窄带模型C-G近似方法的高温排气红外辐射模型, 重点研究了合成风速对排气羽流流场和红外辐射的影响。仿真结果表明: 合成风速的大小对排气羽流的形状及辐射分布区域影响显著, 合成风速增加一倍的情况下, 排气羽流在中波红外谱段平均辐射强度降低了48.1%。也对计算模型可能产生偏差的物理因素进行了初步分析, 如不完全燃烧产生的碳粒子对羽流红外辐射传输有显著影响。
舰船 排气羽流 红外辐射 warship exhaust plume infrared radiation 红外与激光工程
2016, 45(9): 0904004
1 中国洛阳电子装备试验中心,河南 洛阳 471003
2 光电对抗测试评估技术重点实验室,河南 洛阳 471003
对某喷气飞机尾焰红外辐射特性进行了测量,得到了8～14 μm长波波段尾焰红外辐射亮度及分布。测量结果表明,180°方向尾焰辐射亮度呈环形分布,辐射主要集中在发动机喷管出口附近,加力状态尾焰最高辐射亮度为非加力状态的2.4倍,尾焰面积为1.3倍；90°方向尾焰辐射亮度呈对称包络分布,加力状态尾焰最高辐射亮度为非加力的1.8倍,尾焰面积为2.3倍。
尾焰 红外辐射 辐射亮度 程辐射 exhaust plume infrared radiation radiant intensity air path radiation
