1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 长光卫星技术股份有限公司, 吉林 长春 130000
本文针对空间目标受到的太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射，采用蒙特卡洛（Monte Carlo）法，基于非结构四面体网格编写了仿真程序，并对计算结果进行了对比验证。进一步地，对太阳同步轨道卫星受到的轨道外热流，采用带帆板的网格对有无遮挡情况下各表面受到的轨道外热流进行了分析。结果显示，在对地模式下考虑遮挡后，−Y表面平均热流值降低了53.79 W/m2，+Y−Z侧帆板表面平均热流值降低了32.05 W/m2。结合表面材料属性，分析了各表面的温度特性，并结合帆板温度的在轨遥测数据，验证了计算的准确性。最后，计算了两种模式下各方向的红外辐射强度。结果表明，不同观测模式下各表面受热流的影响不同，对地模式下各表面温度随时间变化较大，而对日模式下各表面热流较为稳定。两种模式下，太阳能帆板的温度较高，辐射强度较大，具有明显的红外特征，便于开展红外观测。
轨道外热流 空间目标探测 红外辐射 蒙特卡洛方法 orbit external heat flow space target detection infrared radiation Monte Carlo method
南京航空航天大学 能源与动力学院 航空飞行器热管理与能量利用工业和信息化部重点实验室，江苏 南京 210016
在模型实验验证的基础上，采用数值模拟的方法，对比分析了分流喷管出口构型对直升机红外抑制器气动性能、温度场和红外辐射强度的影响。研究结果表明：相比基准分流喷管模型(Origin)，分流喷管出口带一定外扩张角的波瓣出口结构(Lobe_1)的引射系数略微降低、总压恢复系数降低，中间混合管出口排气温度峰值却降低了65.1 K，同时降低了混合管上下方区域的壁面温度，但造成混合管中后段外侧壁面局部区域温度升高；外扩张角为0的波瓣出口结构(Lobe_2)增加引射系数3.8%，总压恢复系数与Lobe_1结构基本相当，中间混合管出口排气温度峰值也降低了62.8 K，尤其是其降低混合管壁面温度的效果最佳；分流喷管出口突片结构(Tab)增加引射系数10.6%，但总压恢复系数降低0.7%，同时，内侧混合管出口排气平均温度降低19.3 K，混合管壁面降温效果相对较差。总体来看，波瓣和突片结构都起到增强引射、强化混合的作用，尤其是波瓣出口结构(Lobe_2)对降低抑制器总体红外辐射效果最好，在3~5 μm波段的红外辐射强度最大可降低21%；在8~14 μm波段，其红外辐射强度最大可降低15%。
红外抑制器 分流喷管 引射系数 红外辐射 气动性能 infrared suppressor diverter nozzle pumping coefficient infrared radiation aerodynamic performance 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230459
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230176
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230436
1 中北大学机电工程学院，山西 太原 030051
2 散射辐射全国重点实验室，上海 201109
3 中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051
多模式探测成为目标探测识别领域重点发展的技术手段之一，其中视距模型的优选成为指导探测器件设计的重要依据。本文以飞翼布局的低特征飞行器为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）方法结合辐射平衡壁面模型预测本体温度，结合MODTRAN大气红外衰减数据库，采用视在光线（LOS）法计算考虑壁面遮挡效应的辐射传输，建立基于噪声等效辐照度（NEFD）、最小可探测温差（MDTD）和最小可分辨温差（MRTD）的地基探测视距模型，计算探测系统对低特征飞行器的最大探测距离和最大探测天顶角。结果表明：低特征飞行器在典型飞行工况下的光谱辐射强度在长波波段（8~12 μm）较中波波段（3~5 μm）辐射积分强度高出2个数量级；NEFD视距模型在长波波段的探测距离高出中波波段近1个数量级，MDTD和MRTD视距模型在中长波波段探测距离基本一致；三种视距模型在长波波段对应的探测能力依次为NEFD>MDTD>MRTD；在中波条件下MDTD视距模型的探测距离最大，对飞行器底部的探测距离约为57 km；MRTD视距模型在观察等级为辨认时无法辨别飞行器具体类型。该研究可为低特征飞行器的探测识别以及探测器的设计提供理论支撑。
视距模型 地基探测 红外辐射 低特征 探测距离
南京航空航天大学能源与动力学院，江苏 南京 210016
以中高层大气背景的红外辐射特性和红外成像为研究目的，建立中高层大气背景探测模型和红外成像模型，分析中光谱分辨率大气辐射传输模式（MODTRAN）在红外波段的适用范围，利用战略高空辐亮度代码（SHARC）仿真分析3~5 μm波段不同观测参数下的中高层大气背景红外辐射特性，并建立相关辐射特性数据库，完成中高层大气背景红外辐射场景成像仿真。结果表明：3~5 μm和8~12 μm波段MODTRAN分别在切点高度50 km和70 km以下具有较好的计算精度；中高层大气背景辐亮度随着切点高度和太阳天顶角的增大而减小，随着观测天顶角的增大而增大；短路径和长路径的辐射特性分别由路径长度和处于低层大气的路径大气参数占主导影响；白天和夜晚的辐亮度分别在36 km和34 km为最大值，在75 km和85 km处为极大值。研究结果可为中高层大气背景红外探测提供理论支持。
中高层大气 红外辐射 临边背景 红外成像 数据库 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0828005
1 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
2 北京电子工程总体研究所，北京 100854
飞行中段高速飞行器红外辐射特性是对其进行红外探测、识别及跟踪的基础。飞行中段高速飞行器红外辐射与表面温度密切相关，而飞行器表面温度又与上升段气动加热、空间环境热辐射、防热材料结构等有关，特别是上升段气动加热对飞行中段飞行器红外辐射的影响不容忽视。为获得复杂环境背景下高速飞行器在飞行中段的红外辐射，综合考虑上升段气动加热、环境辐射加热、表面辐射散热和结构热传导等主要因素影响，采用气动热工程计算模型、空间辐射加热、一维多层热传导计算方法，建立了高速飞行器红外辐射分析技术，实现了气动加热、环境辐射加热、自身辐射散热、结构热传导等多种主要因素影响下的高速飞行器飞行中段温度场和红外辐射分析。结果表明：上升段的气动加热会对飞行中段的高速飞行器红外辐射产生较大影响；在飞行中段，飞行器在长波8~12 μm波段的红外辐射强度明显大于在中波3~5 μm波段的红外辐射强度，选择8~12 μm波段更有利于对飞行中段高速飞行器的探测。
高速飞行器 中段 温度 红外辐射 high-speed aircraft midcourse flight temperature infrared radiation 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230260
南京航空航天大学 能源与动力学院 航空飞行器热管理与能量利用工业和信息化部重点实验室，江苏 南京 210016
太阳辐射对飞行中的直升机局部蒙皮有加热作用，从而改变整机红外辐射的分布特征。构建了包含直升机机身蒙皮、主旋翼、发动机机匣以及排气系统的物理模型，综合考虑发动机机匣、排气系统与发动机舱蒙皮的换热，耦合直升机前飞来流、旋翼下洗气流、尾桨气流，以时刻、季节、直升机朝向为变量，计算分析太阳辐射对直升机8~14 μm波段红外辐射特性的作用规律。计算结果表明：夏季正午太阳直射可使机身向阳面整体升温20 K以上，局部最高可达25 K。直升机向阳面机身蒙皮8~14 μm波段红外辐射强度在全天变化趋势呈山峰状，其峰值出现在12点前后。越靠近机身顶部向阳面，太阳辐射对8~14 μm波段红外辐射强度增强作用越显著，最高可达25%。以冬季为基准，秋分、春分、夏至时的整机红外辐射分别增加7%、11%、21%左右。除夏季外，其他季节的机身两侧8~14 μm波段红外辐射强度分布都呈现不对称性，春、秋两季两侧相差在5%左右，冬季在6.5%左右。整体上，夏季上午10点的太阳辐射对不同飞行方向的直升机8~14 μm波段红外辐射强度分布影响较小。
红外辐射特征 太阳辐射 数值计算 直升机 季节 infrared radiation characteristics solar radiation numerical calculation helicopter season 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230146
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220810
