超音速共形整流罩风洞试验及其光机特性

研究了共形整流罩超声速飞行时气动压力对其光机特性的影响。设计了口径为203mm,长径比为1∶1的椭球型整流罩,完成了速度为2.0、2.5及3.0 Ma,攻角为0°的风洞试验,获得了共形整流罩外表面压强值。建立了整流罩有限元模型,通过流固耦合仿真计算,得到材料为热压MgF2的共形整流罩在不同厚度时的面型变化及应力分布数据,并拟合了内、外表面变形后的轮廓曲线方程。设计了光学成像质量评价光学系统,对比了共形整流罩受气动压力前后的成像质量。结果表明,共形整流罩厚度为2mm,速度为3.0 Ma时可产生最大应力37.5MPa;与整流罩面型变形前成像质量比较,点斑最大相对误差为0.26%,波面PV值最大相对误差为-1.03%。在只承受气动压力的情况下,该结果满足结构强度及光学成像质量要求,可为共形光学系统设计及优化工作提供部分依据。

二次曲面共形整流罩像差影响因素分析

传统整流罩为半球形或半球形的一部分,产生的空气阻力较大,不利于武器飞行速度的提高。基于空气动力学性能的考虑,采用共形整流罩的光学技术被提出。文章描述了二次曲面共形整流罩外表面、内表面的设计方法及面型表达式,通过在CODEV中建立共形整流罩的扫描成像模型,应用Zernike多项式分解法研究了不同长径比、边缘斜率、口径比和回转中心位置对离焦像差(Z4)、像散(Z5)、彗差(Z8)和球差(Z9)的影响规律。研究结果表明:二次曲面共形整流罩引入的离焦像差、像散、彗差和球差均随着长径比、边缘斜率和口径比的增加而增大,但对成像系统回转中心的位置不敏感。因此,在满足武器的空气动力学性能条件下应尽量减小长径比、边缘斜率和口径比,回转中心的位置主要根据结构需要进行设计。

气动热环境下共形整流罩热辐射特性研究

高温整流罩产生强烈的红外辐射,在探测器接收面上形成背景噪声,严重影响成像质量。为了评估气动热环境下高速飞行器共形整流罩热辐射对探测器性能的影响,建立了气动热环境下整流罩热流固耦合计算模型、整流罩热辐射发射以及传输模型,计算了整流罩非均匀温度场、形变场、应力以及应变场,仿真得到了共形整流罩热辐射对高速飞行器光学系统成像质量的影响。研究结果表明:随着时间的不断增长,探测器接收面的最大辐照度也逐渐增大。在第10s时,0°攻角下共形整流罩热干扰辐照度最小值为0.094 W/m^2,最大值为0.108 W/m^2。和相同工况下的共形整流罩相比,球形整流罩10s时的最大辐照度分别是椭球面和抛物面形整流罩最大辐照度的近12倍和7倍,即共形整流罩产生的干扰对探测系统的影响较小,不会对探测器的探测性能产生致命性的影响。

共形光学头罩及其像差校正方法研究——综述

为了使高速红外光电制导导弹拥有良好的空气动力学性能,可以采用共形头罩来代替传统的球形头罩。根据共形光学校正元件的不同,归纳整理了七种不同的校正方案。其中,轴向平移相位板、反向旋转相位板、尼克泽楔形板和变形镜属于动态校正;固定式校正和拱形校正属于静态校正;还有一种为静态和动态相结合的校正方案。着重讨论了固定式校正方法,并给出了几种常用的校正表面类型。共形光学是高速红外光电主动制导导弹发展的关键技术之一,对其研究工作具有重要的现实意义。

红外导引头整流罩技术研究

从材料选择和整流罩设计两方面,介绍了如何解决高速红外导引头整流罩问题。针对高速红外成像导引头使用环境的要求,分析了整流罩材料选择应考虑的因素。通过比较材料的透过率、硬度、抗弯强度和热膨胀等性能参数,得出尖晶石是较理想的高速导弹整流罩材料,其机械性能和光学性能良好,易于制备,并已取得成功应用;红外玻璃特别适合大尺寸和复杂形状制备。为了减小整流罩气动加热效应,分析了解决气动加热问题的途径,提出可通过镀金刚石膜、信号处理、共形设计等技术来减小影响,并简要介绍共形整流罩设计原理和制造。