类THAAD导引头气动光学效应计算研究

针对类美国末段高空域防御(Terminal High Altitude Area Defense,THAAD)系统的红外导引头外形,开展了气动光学效应计算分析,并将其用于飞行器设计。利用国家数值风洞工程高速流场计算软件NNW-HyFLOW,考虑热化学非平衡效应和材料传热耦合效应,对导引头典型状态的流场进行了模拟,获得了流场的密度、温度、压力等参数和窗口的温度场参数。基于流场参数,利用HyFLOW气动光学传输效应计算功能,开展了红外光学传输成像计算;利用HyFLOW气动光学辐射效应计算模块,开展了流场和光学窗口的热辐射计算。计算结果表明,类THAAD导引头在30 km以上飞行时,流场和光学窗口基本不会影响目标信号的光学传输成像,但流场和窗口的热辐射效应会对导引头识别目标造成影响。不过随着飞行高度的升高,这种影响会减小。

过渡金属硫族化合物二阶非线性光学效应的调控及应用

二阶非线性光学效应源于电子势函数的非谐性,可实现激光的频率转换,被广泛应用于基础科学研究和现代激光技术。单层过渡金属硫族化合物具有极大的二阶非线性系数,作为基础单元实现高效的非线性光学响应潜力巨大。如何保持单层材料的极大非线性系数,扩展材料厚度及响应频段,提升非线性响应,是重要挑战。本文主要介绍了基于单层过渡金属硫族化合物的二阶非线性光学效应的调控,包括单层过渡金属硫族化合物的频率依赖及不同对称性相的多层堆叠等,并总结了过渡金属硫族化合物非线性光学效应的应用前景。

超声速边界层气动光学效应及控制研究

光学成像制导技术是精确制导武器研究的重要课题,气动光学效应的存在对制导精度产生严重的影响,使飞行器偏离目标位置,甚至脱靶。飞行器和来流之间的相互作用导致其周围流场结构非常复杂,激波、膨胀波以及湍流边界层的存在,使得流场的折射率在空间上分布不均匀,在时间上存在高频脉动。其中,边界层转捩过程引起的气动光学畸变是亟待解决的最大难题。边界层转捩过程是边界层由层流向湍流发展的过程,是一个多因素耦合影响的强非线性、复杂的流动现象,并且一直是湍流研究领域的热点问题。超声速边界层的转捩区具有非常强的非定常性、随机性,且脉动频率高,因此折射率分布极为复杂,光线透过后不仅会发生偏折,还会导致成像模糊和能量分散,严重影响成像制导的精度,通过光学校正的方法很难降低这种影响。本文试图通过延迟边界层转捩,来降低甚至消除超声速边界层转捩对光学传输性能的影响。以超声速旋成体飞行器光学窗口周围的边界层流场为研究对象,本文采用添加扰动片的流动控制方法对边界层气动光学效应变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:随着攻角的增大,光程差分布由沿着对称面对称分布逐渐过渡为沿流向的变化,且逐渐平缓;施加了扰动片控制后,原本处于光学窗口上方的边界层转捩位置后移,窗口上方流场由转捩区逐渐变为层流区,抑制气动光学效应的效果显著。

聚苯胺／聚氯乙烯和聚苯胺聚甲基丙烯酸甲酯复合物薄膜三阶非线性光学效应

聚苯胺／聚氯乙烯和聚苯胺聚甲基丙烯酸甲酯复合物薄膜三阶非线性光学效应欧阳萌，龚克成（华南理工大学高分子材料系广州５１０６４１）莫党，王惠，林位株（中山大学物理系广州５１０２７５）关键词聚苯胺复合物，光学透过率，三阶非线性光学效应对于具有共轭双键结构的...

超音速／高超音速飞行器湍流流场气动光学效应分析

针对高超音速飞行器在大气中流动时所产生的气动光学效应进行定性和定量的分析与计算。通过对高速湍流流场N-S方程的CFD求解,得到在不同飞行参数下,飞行器外围流场的各种参数分布;再运用变折射率流场的光线追迹法,得到红外光在该非均匀变折射率流场中的传输路径;最后应用傅里叶光学理论,结合数值分析方法,计算得到高速湍流流场的气动光学效应传输函数。计算结果表明,气动光学传输函数的幅度响应函数具有低通特征,使得图像发生像模糊;其相位响应函数具有非线性的特点,导致红外成像非线性偏移。本文所得实验结果与理论分析相吻合。

气动光学效应降晰函数辨识与图像复原

提出对气动光学效应降晰函数进行建模 ,选择“误差—参数分析法”进行降晰函数辨识 ,利用所建模型对试验图像进行图像复原 ,图像信噪比获得提高 ,复原效果明显。研究表明 ,对气动光学效应图像进行降晰函数辨识 。

带凹窗斜劈高速湍流气动光学效应研究

采用数值方法分析研究了带凹窗斜劈高速湍流气动光学特性受窗口深度的影响。湍流数值模拟采用耦合J-B模型的RANS/LES混合方法即DES方法,依靠双时间步LU-SGS方法开展非定常迭代求解,并且利用物理光学方法和波前重构技术等计算气动光学效应,用于分析近场波前畸变和远场光斑分布情况。模拟结果表明,在窗口较浅时,窗口前缘处产生较强激波,带来更大的波前倾斜影响,而窗口较深时,分离剪切层、旋涡等流场结构导致气动光学效应的非定常特性更为显著;高速湍流导致的气动光学效应很强,在所模拟条件下,波前倾斜、均方根光程差、峰谷值以及Strehl比分别达到69μrad、0.22λ、1.2λ和0.31,其对应的跳动值38μrad、0.04λ、0.8λ和0.43。

聚芳香杂环甲烯的三阶非线性光学效应与时间分辨光克尔效应(英文)

合成了一系列聚芳香杂环甲烯 ,包括聚吡咯甲烯和聚噻吩甲烯。采用四波混频法研究材料的共振三阶非线性光学效应 (λ =5 32nm) ,其共振二阶超分子极化率γ三阶非线性光学系数分别达到 10 - 3 0 esu和10 - 8esu 选择具有良好溶解性、成膜性的聚吡咯对二甲氨基苯甲烯 (PPDMAB) ,采用飞秒时间分辨光克尔效应方法研究材料的非共振三阶非线性光学效应 (λ =790nm) 实验表明 ,翠绿亚胺碱溶液的光克尔信号仅表现一超快响应的成分 ,归功于π电子云扭转产生的非共振激发 PPDMAB的非共振二阶超分子极化率γ三阶非线性光学系数分别达到γ =5 .78× 10 - 3 2 esu和 χ(3 ) =1.2 6× 10 - 10

光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟

以红外成像制导技术在高速拦截器上的应用需求为背景,进行了光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟。应用雷诺平均NS方程并选取了适当的湍流模型,对凹窗、凸窗和球头3种光学头罩的高速飞行器绕流流场进行了数值模拟,得到了绕流流场密度分布;研究了脉动流场引起的气动光学传输效应的计算方法,应用几何光学、物理光学和统计光学方法进行了光学传输效应计算,得到了点扩散函数,即像面光强分布。通过瞄视误差、Strehl比、含能半径等气动光学效应参数描述了流场引起的成像畸变,并分析了不同外形、飞行状态和光学系统参数对光学传输效应的影响。

气动光学效应图像恢复IBD算法研究

采用迭代盲目反卷积进行气动光学效应图像恢复研究,编制了相应的计算程序,获得了恢复图像和相应的气动光学效应降质过程的点扩散函数,同时讨论了共轭梯度CG算法在盲目反卷积图像恢复计算过程中的收敛性,并提出算法策略。

基于多分辨率盲目去卷积的气动光学效应退化图像复原算法

为了有效地恢复气动光学效应退化图像 ,该文提出了一种基于两帧退化图像的多分辨率盲目去卷积复原算法 .该算法在大气流场的光学退化模型未知的情况下 ,采用两帧退化图像数据来估计点扩展函数值 .为了克服噪声的干扰 ,该文将点扩展函数非负性和光滑性约束转化为数学上可表达的惩罚项 ,融合到目标函数中 ,建立了一个基于各向异性调整的目标函数表达式 ,采用约束优化原理迭代估计点扩展函数值 .同时 ,针对复原图像的快速需求 ,将多分辨率技术用在点扩展函数的最优估计和图像复原过程中 ,提出了基于图像多分辨率的盲目去卷积复原新算法 .在微机上进行了一系列的图像恢复实验和对比分析 ,实验结果表明该文复原算法十分有效 ,在抑制噪声和提高复原速度方面取得了明显的效果 .

气动光学效应的数值模拟与预测

介绍了超音速飞行器的气动光学效应 ,并讨论用数值模拟来研究和预测气动光学效应的方法。

气动光学效应退化图像循环迭代复原算法研究

为了从湍流序列退化图像中有效地去除模糊、抖动等气动光学效应,提出一种基于内外循环迭代的湍流退化图像复原新算法.该算法利用多帧湍流退化图像,建立了一个基于航天图像随机场概率模型的联合对数似然函数.通过极大化该对数似然函数,推导出了基于内外循环交替求解目标图像及各帧点扩展函数的迭代关系,据此可将目标图像和各帧点扩展函数同时估计出来.在微机上进行了复原实验,实验结果表明该算法能用多帧图像获取目标图像和点扩展函数的最佳联合估计,可有效地去除模糊、抖动等气动光学效应.

气动光学效应红外序列退化图像优化复原算法

从时间序列退化图像中依次连续取两帧图像来估计湍流瞬态点扩展函数,将约束优化原理应用在气动光学效应退化图像的复原过程中。针对气动光学效应湍流点扩展函数复杂多峰、随机多变等特性,在点扩展函数的估计过程中,采用保凸峰等优化策略,将点扩展函数离散值的计算转化为基于松弛迭代的最优化估计,通过极小化准则函数估计点扩展函数值,进而恢复退化图像。实验结果表明,本文方法复原效果好,速度较快。

针对气动光学效应的RANS计算方法研究

针对气动光学效应研究的特殊需求,发展了相应的RANS计算方法。首先对常规湍流模型进行评估,选出对平均密度空间分布预测较好的湍流模型;同时发展了光波折射率脉动值的输运方程,用以模化脉动密度对光学成像的畸变效应。针对一典型光学头罩作为研究对象,运用本文发展的计算方法对光学窗口流场的气动光学效应进行了计算和分析。

大尺度结构对气动光学效应影响的实验研究

为了深入研究细光束穿越可压缩混合层后光束畸变的机理,本文提出将双曝光CCD相机成像技术与纹影技术相结合进行流场与光束畸变的同步测量。利用纹影技术获得可压缩混合层密度梯度场特征,进而获得大尺度结构的密度梯度场分布;利用CCD相机成像技术获取通过混合层后光束畸变特性;双曝光技术的引入可以得到大尺度结构的移动对细光束畸变的影响。实验研究结果表明:流场中大尺度结构的存在导致了光束的偏移和模糊,而这些大尺度结构的移动的确可以使经过它们的光束随之移动。

可压缩混合层气动光学效应研究

建立具有普适性的流场光学传输效应计算方法,针对脉动流场的光学传输计算方法可以预测空间非均匀分布的脉动流场引起的光学传输效应.以高阶紧致差分格式求解三维可压缩滤波N-S方程,对可压缩混合层流动进行空间模式的大涡数值模拟,得到流动失稳转捩直至完全湍流的空间发展全过程,采用时间模式的直接数值模拟进行对比验证.分析流动不同阶段对光学传输效应的影响,初步讨论流场特性与光学传输效应之间的联系,计算结果表明,在转捩区域流场引起的成像畸变最为严重.

电场极化下GeS_2-Ga_2S_3-PbI_2硫卤玻璃的二阶非线性光学效应

采用Maker条纹测试方法,首次在电场-温度场极化GeS2-Ga2S3-PbI2准三元体系硫卤玻璃中观察到了明显的二次谐波发生(SHG).对于70GeS2·15Ga2S3·15PbI2组分玻璃,详细研究不同极化电压、极化温度和极化时间对二次谐波(SH)强度的影响,发现当极化温度高于190℃,电压高于4·0kV时,可以观察到SHG并且SH强度随极化电压与时间的升高而增大直至饱和.在6kV极化40min的条件下,SH强度随极化温度的升高先增大后减小.在6kV、250℃、40min的最佳极化条件下,70GeS2·15Ga2S3·15PbI2玻璃的二阶非线性极化率χ(2)达到最大值4pm·V-1.根据偶极子取向模型,讨论了二次谐波效应的机理是该硫卤玻璃中偶极子在高温条件下摆脱网络束缚沿外加电场方向取向调整,从而破坏了玻璃的宏观各向同性所致,并定性解释了极化条件对玻璃二阶光学非线性效应的影响.

分子污染光学效应试验研究

卫星有机材料放气产生的分子污染是卫星在轨污染的重要来源。分子污染会造成敏感表面光学性能退化甚至失效,因此必须进行评估分析。文章对在卫星真空热试验中,采用光学试片进行污染光学效应测试的数据进行了分析,并且与国内外试验数据进行了比对,发现光学试片测得的透过率损失数据较为保守,分析原因是光学试片污染沉积为液滴状,导致散射损失较大。

高超音速导弹气动光学效应研究方法综述

气动光学效应是高超音速导弹设计需要解决的关键技术。全面论述了气动光学效应的定量研究方法,包括:小孔径技术、统计方法、随机相位屏方法和涡动力学研究方法,指出了工程上广泛使用的统计方法的适用范围,建议使用大涡模拟方法进行气动光学效应的数值仿真。