轨控推进器尾焰对太阳辐射吸收的研究

为掌握轨控推进器尾焰的吸收特性,研究了尾焰对太阳红外辐射的吸收问题.在贴体坐标系下,运用有限体积法,建立了尾焰对太阳红外辐射的吸收模型.经过求解,获得受到尾焰吸收后、在尾焰边界处的太阳光谱辐射亮度.比较吸收前和吸收后太阳的光谱辐射亮度,发现,当喷口距离等于0.483 m时,在波数1700 cm-1、2155 cm-1、...     

用混合有限体积/有限元法研究尾焰对太阳辐射的吸收问题

为掌握卫星姿控推进器尾焰的吸收特性,研究了尾焰对太阳红外辐射的吸收问题。在直角坐标系下,建立了尾焰对太阳红外辐射的吸收模型,并采用混合有限体积/有限元法计算太阳光线经过尾焰吸收后的光谱辐射亮度。该方法使用有限元法进行角度离散,有限体积法进行空间离散;对每一个控制体,可同时耦合求出所有角度方向的辐射亮度。通过求解,得到了受到尾焰吸收后的太阳光谱辐射亮度和尾焰的光谱吸收率。以传递方程积分法的计算结果作为基准解,对比分析了有限体积法和混合有限体积/有限元法产生射线效应的强弱程度。通过分析可知:在某些波段上,太阳辐射受到尾焰的吸收程度较强;与有限体积法的计算结果相比,混合有限体积/有限元法的计算结果与基准解之间的差异相对较小。以上结果表明:混合有限体积/有限元法的计算精度较高,并能够较好地降低射线效应。     

轨控推进器喷管对尾焰红外辐射的影响研究

针对关于卫星推进器尾焰的红外特性研究较少的现状,对某双组元轨控推进器尾焰的红外辐射进行数值模拟.采用贴体坐标系下的有限体积法,联合求解较复杂形状的喷管扩张段和尾焰的辐射传递方程,得到尾焰的光谱和3～5μm的波段辐射强度.为精确计算尾焰的红外辐射,全面评估了喷管扩张段的辐射对后端尾焰红外辐射的影响.通过对比分析,当天顶角θ＝7π/16时,距离喷口的位置越近,尾焰辐射受到扩张段的影响越剧烈;若扩张段内壁的发射率减小,尾焰在θ＝7π/16方向上的波段辐射强度则会变小;喷口近处的尾焰,在扩张段辐射影响下,计算得到的波段辐射强度数值远大于忽略扩张段的影响下得到的数值.得出结论:在考虑喷管扩张段辐射的影响下,能够很好地改善轨控推进器尾焰红外辐射的计算准确性.     

某喷气发动机尾焰的中长波红外辐射分析和比较

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 μm 和8～12 μm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。     

F35隐身战斗机红外辐射特性建模

建模研究了F35隐身战斗机的红外辐射特性。根据隐身飞机的结构、材料等数据,建立了隐身飞机和发动机的三维模型。通过流场仿真计算得到飞机机体的温度场,尾焰的温度场、压力场以及气体组分浓度场。利用高温气体数据库HITEMP,建立尾焰的窄谱带辐射模型,计算了尾焰气体沿视线的光谱透过率,获得了尾焰的光谱亮度数据及亮度分布图像。建立了尾喷口和蒙皮的辐射模型,获得了飞机各方位角光谱辐射特性及辐射强度数据,计算结果表明由于发动机推力显著增加隐身战斗机红外辐射特性依然比较明显。最后生成了F35隐身战斗机在中波波段的红外序列图像,可用于红外成像制导武器研制中的数字仿真和半实物仿真。     

飞行器红外物理成像仿真优化计算方法

为满足红外成像探测系统研制过程中的高精度仿真图像需求,建立了飞行器红外物理成像辐射传输模型,并采用光线跟踪方法实现辐射亮度图像仿真。针对飞行器蒙皮反射特性与辐射源分布特性的差异,提出了直接光照多重重要性采样蒙皮辐射亮度计算优化方法;针对飞行器尾焰发射能力强、消光能力弱的特点,提出了混合积分尾焰辐射亮度计算优化方法。通过仿真实验对物理成像模型和计算优化方法的正确性与有效性进行了验证,蒙皮辐射计算相对误差优于0.05%,尾焰辐射计算相对误差优于0.1%,相比于传统光线跟踪方法,计算优化方法具有更快的收敛速度和更强的适应性。对隐身飞机进行了红外成像仿真和辐射特性分析,仿真结果表明,红外隐身技术能够降低中波和长波谱段的辐射强度,会增加短波谱段的反射辐射强度。     

高速飞行目标尾焰红外辐射特性的建模仿真计算

飞行器目标的尾焰红外辐射特性对目标的红外探测、识别和跟踪具有极其重要的作用。为了分析尾焰的红外辐射特性,首先根据经验公式计算出尾焰的流场分布,然后使用窄带模型计算出谱带的光谱吸收系数和透过率;对于非均匀热气体,考虑到碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,使用C-G谱带传输模型得到飞行器尾焰2~5 μm的红外辐射分布。最后, 计算了不同组分的尾焰红外辐射特性,分析了组分分布和大气传输对尾焰红外辐射特性的影响,为探测波段的选择提供了参考依据。     

尾焰红外辐射特性计算研究综述

目前,尾焰的红外辐射特性计算方法非常多。虽然不同飞行目标尾焰红外辐射特性计算的复杂性有一定差别,但是其计算思路及方法很相似。给出尾焰红外辐射特性计算的基本步骤,并对每一步中使用的主要方法进行分析和比较,给出推荐的使用方法。重点讨论了液体燃料飞行目标尾焰中考虑粒子对于辐射的影响的必要性,及辐射传输方程中三种备受关注的求解方法的研究现状及特点。指出目前红外辐射计算方法中存在的问题及改进方法,为今后尾焰辐射特性计算中方法研究和改进提出建议。     

基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。     

基于辐射通量表观对比度光谱的红外预警卫星探测波段选择方法

选择合理的探测波段是设计红外预警卫星需要解决的重要问题.提出了一种基于点目标辐射通量表观对比度光谱确定红外预警卫星探测波段的方法.论文首先建立了较完善的火箭尾焰表观对比度光谱计算模型,进一步建模计算了典型液体和固体火箭尾焰在不同高度的红外辐射特性,使用通用大气辐射传输(CART)软件计算了典型大气条件下的地球/大气背景辐射以及不同高度处大气的透过率和路径辐射,在此基础上以典型液体和固体火箭为例,计算了尾焰在不同高度处的辐射通量表观对比度光谱.结果表明:不论液体还是固体火箭,在2.55~2.85μm和4.19~4.48μm波段的辐射通量表观对比度都比较大,红外预警卫星工作波段可以选为上述波段.     

卫星观测火箭尾喷焰红外动态场景生成研究

建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法,生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像,并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率;同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹,利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输,生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系,对尾喷焰和背景投影成像,合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现,地面背景的辐亮度得到了压制,同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外,分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明,场景生成方法准确可靠,可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。     

天基平台海云背景下飞机全链路成像特征建模及分析

空中目标具有高速机动、战略突防和远程精确打击等特点,针对这类目标构建广域、高效、精准探测、连续监视技术已成为空中目标探测体系面临的新挑战。基于空中目标的天基光学探测需求,建立了复杂环境要素综合作用飞机尾焰的光学辐射特征模型,形成飞机尾焰-海面/云层背景-环境大气-光学系统-成像探测器等要素耦合的全数字化链路光谱辐射成像特征精确预测模型。基于实测数据推演了飞机尾焰红外多光谱本征辐射。同时,利用FY-2G遥感数据,反演了中国南海某海域海面温度及云顶温度分布,建立了海云背景光谱辐射模型。在此基础上综合考虑了背景辐射、大气路径辐射和大气衰减对飞机尾焰光谱辐射的影响,建立了在光学系统入瞳前目标上行光谱辐射特性模型,结合光学成像系统的衍射效应,探讨了不同谱段、云类型下地球同步轨道红外成像系统对目标的可探测性。研究表明:大气屏蔽波段对目标的探测效能优于宽波段;针对不同的背景选择合理的探测波段有利于目标的高效探测。     

高空高速无人机尾焰红外辐射特性计算研究

尾焰是高空高速无人机红外辐射源的主要组成部分,为了计算高空高速无人机尾焰的红外辐射特性,首先,利用流体仿真软件Fluent对高空高速无人机尾焰的流场进行了数值模拟,在此基础上,利用同时考虑谱线洛伦兹加宽效应和多普勒加宽效应的单线组谱带模型理论SLG以及机体遮挡理论,计算了高空高速无人机尾焰的红外辐射强度;其次,采用倾斜路径传输等效方法计算了大气对红外辐射的透过率;最后,计算并分析了某型高空高速无人机在发动机不同工作状态以及不同方位角和观察仰角条件下经过大气衰减后的红外辐射强度,同时分析了无人机飞行俯仰角对尾焰红外辐射强度的影响。     

二元矩形喷管排气系统红外辐射特性

排气系统是飞行器最为主要的红外辐射源,而喷管的形状类型在很大程度上影响着排气系统红外辐射强度的大小及分布。文章建立了二元矩形喷管的三维模型,并在此基础上运用ANSYS软件模拟其排气系统的温度场分布,结合C-G谱带法对其尾流的光谱辐射亮度进行了计算,最后得到了二元矩形喷管排气系统在不同平面上的红外辐射强度分布。结果表明:二元矩形喷管外尾流在宽边探测面上的红外辐射强度要远大于窄边探测面上的;二元矩形喷管高温壁面在宽边探测面上的红外辐射强度要小于窄边探测面上的;二元矩形喷管排气系统在宽边探测面上的红外辐射强度要小于窄边探测面上的。     

固液混合火箭发动机尾焰的红外特性研究

针对固液混合火箭发动机中Al2O3颗粒运动的影响,对喷管的内流场和外流场进行了一体化数值仿真,得到了温度、压力、组分浓度以及粒子浓度等参数的分布。利用以最新的分子光谱数据库HITRAN和HITEMP为基础编写的逐线积分法计算了气体光谱吸收系数,采用米氏散射模型计算了固体粒子的辐射特性参数。利用基于有限体积法离散辐射传输方程的模型计算出了尾焰的红外辐射亮度。通过进一步求解,得到了特定波段的光谱辐射强度。在8—14岬波段,利用红外热像仪进行了试验,并将试验结果与数值计算结果进行了比较。结果表明,该计算模型和方法能较好地模拟固液混合火箭发动机尾焰的红外辐射特性。     

基于红外特性的弹道导弹助推段预警探测能力仿真

针对弹道导弹助推段的主要红外辐射特征,分析了尾焰羽流的结构、形状、大小和持续时间,以及大气对红外探测的影响;根据预警卫星探测器最大作用距离模型及信噪比（SNR）,结合给定参数对预警卫星探测器技、战术指标进行了仿真,给出了提高弹道导弹探测能力的方法。     

A technique for the fine longitude control of a geostationary satellite as demonstrated on insat-1B

The possibilities of finer longitude control of a geostationary satellite are studied with a view to providing insight into the problem of co-location of satellites. It is shown that for a three-axis stabilized satellite such as INSAT-1B, placed close to an equilibrium longitude, the propellant expenditure for satellite attitude control is considerably larger than that required for longitude drift control. An experiment was conducted on INSAT-1B in which the forces arising from the attitude control thrusters are optimally used to counteract the force due to the solar radiation pressure thereby reducing the perturbations on the orbital eccentricity vector. This is accomplished by suitably switching between the redundant attitude control thrusters located in the positive and negative roll faces of the satellite. The extent to which the effects of the solar radiation pressure are nullified is quantitatively estimated from the observed behaviour of the eccentricity vector. Without any recurrent propellant expenditure it is shown that it is possible to restrict the longitudinal excursions to nearly half of the normally allocated ±0·1° longitude band.     

航空发动机红外辐射实验与仿真

为研究航空发动机红外辐射分布规律和尾焰红外辐射特征,对地面试车条件下的某型发动机进行了红外辐射特性测试实验。实验结果表明:发动机红外特性在不同的Ma 数下变化较小,但因低压压气机出口的温度随飞行Ma 数增大而升高,发动机外壁面的红外辐射随之增加;发动机混合室璧面红外辐射最为强烈,其红外辐射强度随飞行Ma 数的增大呈非线性增大;尾焰的红外辐射呈现梨形包络,发动机在后方的辐射明显强于前方。在地面试车条件下,文中开发的尾焰红外辐射仿真程序的计算结果与实测结果基本吻合,相对误差不超过15%,并且其空间分布基本一致。