西安电子科技大学 物理与光电工程学院，陕西 西安 710071
基于改进的球谐离散坐标法建立了飞行器尾焰的紫外辐射亮度仿真模型。在尾焰羽流的热辐射基础上，重点考虑了尾焰中气体分子的化学荧光辐射源及由尾焰中三氧化二铝簇团粒子的平均光学特性带来的多重散射源效应。基于辐射传输方程，在球谐离散坐标系中，对尾焰在不同观测角度、不同介质分布的紫外辐射亮度进行了数值计算，实现了高分辨的三维尾焰辐射亮度的空间分布图像仿真。同时，采用灰度共生矩阵算法获得尾焰辐射亮度分级分布的灰度图，结合二维超分辨旋转不变子空间算法、α-shape方法和橡皮筋算法，提出了尾焰辐射中心位置和辐射亮度峰值轮廓曲线提取的新方法，得到了尾焰辐亮度特征的准确提取，为飞行器目标和尾焰的高分辨辐射图像特征识别提供了重要的参考依据和途径。
尾焰 紫外辐射 橡皮筋算法 改进的球谐离散纵坐标法 plume UV radiation rubber band algorithm improved SHDOM 红外与激光工程
2021, 50(10): 20200466
1 中国人民解放军 75842部队，广东广州 510000
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，电子工程学院，安徽合肥 230037
3 安徽省红外与低温等离子体重点实验室，安徽合肥 230037
排气系统是飞行器最主要的红外辐射源，其喷管的形状类型对排气系统红外辐射强度的大小及分布有很大影响。本文建立了 3种不同类型喷管的三维模型，在此基础上运用 ANSYS软件模拟了各自排气系统的温度场分布，结合 Curtis-Godson(C-G)谱带法对各类型喷管红外辐射特性进行了计算与对比研究。结果表明：在出口面积相同的条件下，二元矩形 S弯喷管的尾焰核心区域面积最小，约为轴对称圆形喷管的 60%；在矩形喷口的宽边探测面上，二元矩形 S弯喷管的红外辐射强度最小。3类喷管中，二元矩形 S弯喷管隐身性能最好，二元矩形喷管次之，轴对称圆形喷管最差。
飞行器 尾喷管 尾焰 温度场 红外辐射 aircraft, nozzle, plume, temperature field, infrar
1 空军预警学院, 湖北武汉 430019
2 中国人民解放军第 93117部队, 江苏南京 211800
亚像元火点是红外预警卫星的辐射干扰源, 基于推导火点像元辐射强度方程, 对不同条件下的火点像元在 2.55～2.85 .m波段和 4.19～4.48 .m波段的辐射强度进行数值计算, 分析了影响火点像元辐射特性的因素。通过与 Titan ⅢB型火箭尾焰辐射特性进行对比分析并利用实际火点数据验证了亚像元火点的辐射干扰特性, 结果表明: 亚像元火点在 2.55～2.85 .m波段和 4.19～4.48 .m波段均能够对红外预警卫星的探测造成辐射干扰, 与火箭尾焰辐射特性的区别是大部分火点像元在 4.19～4.48 .m波段具有更强的辐射强度, 结果可为提升红外预警卫星抗火点辐射干扰能力提供理论支撑。
红外预警卫星 辐射干扰 火点像元 尾焰 infrared early warning satellite, radiation interf
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
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
1 西京学院信息工程学院，陕西西安 710123
2 空军工程大学防空反导学院，陕西西安 710046
3 空军工程大学研究生院，陕西西安 710046
为了对临近空间高超声速飞行器进行有效探测和预警，以 X-51A为例，计算火箭助推段、超燃发动机工作段和无动力滑翔段、飞行器蒙皮、喷管和尾焰的双波段红外辐射特性。红外辐射计算的关键在于温度和有效辐射面积的确定。根据修正 Lees驻点热流密度方法和辐射平衡时的辐射传热公式，计算出蒙皮的温度。用加力燃烧的涡喷发动机模型近似计算喷管的温度。把导弹尾焰温度分布场模型进行三段式简化，模拟出尾焰的红外辐射特性。仿真结果表明，在 X-51A的不同飞行阶段，从不同探测角度观察到的各辐射部位对总体红外辐射贡献率差异较大；速度对蒙皮的红外辐射影响较大，而喷管和尾焰的红外辐射与火箭和超燃冲压发动机的燃烧状态有关。分析指出，当高超声速飞行器飞行姿态发生变化，或者在不同的飞行阶段，更适合采用双波段进行探测。
红外辐射 高超声速飞行器 驻点热流 蒙皮 喷管 尾焰 infrared(IR) radiation, hypersonic vehicles, stagn
提出了一种液氧煤油发动机尾焰红外辐射特性计算方法, 首先采用计算流体力学软件对液氧煤油发动机内流场进行计算, 然后以获得喷管喉部截面参数作为入口边界条件计算发动机尾焰流场, 最后以发动机尾焰流场参数分布为基础, 采用有限体积法对发动机尾焰红外光谱辐射特性和成像特性进行计算, 并对比验证了模型和方法的准确性。 在此基础上, 研究了化学反应机理和复燃反应过程对尾焰红外辐射特性影响。 结果表明, 采用多步化学反应能够准确模拟液氧煤油发动机内流场, 温度相比热力学计算大3.34%, 压力相比试车测量大2.89%; 考虑复燃反应使尾焰红外辐射强度增强显著, 在采用单步化学反应和多步化学反应两种工况下2~5波段红外辐射强度分别增大50%~100%和150%~170%, 但不会影响尾焰红外光谱辐射特性和红外总辐射强度随探测角变化趋势; 采用单步化学反应和多步化学反应都能够获得清晰结构的红外成像图像, 但是前者2~5尾焰红外辐射强度要比后者增大90%~190%, 且两种工况下发动机尾焰红外光谱辐射特性差别很大, 尾焰红外总辐射强度随探测角变化趋势也不同。
液氧煤油发动机 尾焰 红外辐射 化学反应机理 有限体积法 LOX/kerosene engine Plume Infrared radiation Chemical reaction mechanisms FVM 光谱学与光谱分析
2019, 39(7): 1999
空军工程大学 防空反导学院, 陕西 西安 710051
分析导弹尾焰可知, 影响其光谱变化的主要因素包括发动机、燃料等, 故根据尾焰光谱可以达到导弹型号识别的目的。为保证识别效率, 用特征光谱代表尾焰特征, 可大大缩减数据量。首先根据光谱差模型计算出各波长处的辐射差, 通过设定阈值将辐射差分段, 高于阈值的波段即为所选的特征波段。改变积分步长和阈值可获得几组不同数据。分别采用光谱角匹配算法(Spectral Angle Matching algorithm, SAM)和模糊算法对不同精度和不同特征波段的数据进行处理, 得到识别结果。以识别结果的正确率和待识别样本与各型光谱的相似度距离为衡量标准, 模糊算法识别效果可与SAM相当, 但其在算法复杂度方面优于SAM。
光谱识别 导弹尾焰 模糊算法 spectrum identification missile stern flame fuzzy algorithm SAM SAM 红外与激光工程
2018, 47(10): 1026001
航天工程大学宇航科学与技术系, 北京 101416
提出了一种考虑碳烟颗粒的气氧煤油发动机尾焰红外辐射特性计算方法, 首先对气氧煤油发动机纯气相内流场进行计算, 然后以喷管喉部作为气体和固体碳烟颗粒的入口边界计算发动机尾焰流场, 最后以发动机流场参数分布为基础, 采用有限体积法和伪气体理论对发动机尾焰红外辐射特性进行计算。 进行了气氧煤油发动机点火实验, 并将计算结果与实验结果进行对比分析。 结果表明, 燃烧室内两个压力测量点的测量与计算误差分别为1.4%和3.4%, 燃烧室内计算温度与热力学计算误差为2.16%, 证明了燃烧室流场计算模型的准确性。 含有碳烟颗粒的尾焰流场计算结果与热像仪测量结果比较吻合, 证明了尾焰流场计算方法和模型的准确性。 4.3 μm波段尾焰红外成像计算结果与工作在4.3 μm波段的红外热像仪测量结果吻合比较一致, 证明了尾焰红外辐射特性计算方法和模型的准确性。
碳烟颗粒 气氧煤油发动机 尾焰 红外辐射 有限体积法 Carbon Gas oxygen/kerosene engine Plume Infrared radiation Finite volume method 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2735
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 海军装备研究院 系统所, 北京 100073
根据尾焰中气体的吸收特性, 基于蒙特卡洛法建立了尾焰红外辐射特性模型, 并用该模型计算了某型发动机尾焰在5个不同红外波段的辐射特性(1.32~1.69 μm, 1.56~2.27 μm, 2.27~3.8 μm, 3.8~8.3 μm, 8.3~20 μm).为了验证仿真模型的有效性, 进行了发动机点火试验.试验结果与仿真结果表明该型涡喷发动机在2.27~3.8 μm波段辐射最强, 在长波波段8.3~20 μm辐射面积最大.
物理光学 辐射效应 红外吸收光谱 尾焰 蒙特卡洛 Physical properties Radaition effect Infrared absorption spectroscopy Plume dynamics Monte Carlo calculation
