利用HITEMP2010的Malkmus窄谱带模型参数库构建研究

为精确求解发动机高温燃气红外辐射特性,需要调用描述气体辐射传输特性的谱带参数如光谱吸收系数或光谱透过率,而谱带参数随气体温度、波数变化而变化。首先采用逐线计算方法,比较分析了气体分子谱线参数HITRAN2008和其高温扩展版本HITEMP2010的适用范围;其次,针对逐线计算复杂且效率低的问题,提出了一种基于Malkmus统计窄谱带模型的谱带参数库构建方法并开发了计算程序,在此基础上,分别计算了CO2、H2O的均匀路径单组分光谱特性、非均匀路径单组分光谱特性,还计算了CO2、H2O、N2组合的非均匀路径多组分光谱特性。研究表明:计算结果和试验数据吻合较好,说明所提出的基于HITEMP2010的Malkmus统计窄谱带模型适用于高温燃气辐射传输特性计算。

氧分子A吸收带的随机Malkmus被动测距

针对比尔-朗伯定律单色传输和其他透过率模型计算速度慢的问题,为了实现红外目标的高速被动测距,研究了被动测距系统中氧分子A带吸收特征及大气中氧分子吸收率的计算方法。分析了大气中氧分子A带的吸收光谱及分布特性,以当前大气参数和测量环境为基础,结合HITRAN数据库,将随机Malkums带模式引入到氧分子带平均吸收率计算中,建立了基于随机Malkums带模式的被动测距数学模型。搭建了测距实验平台,在12~128m内对7个不同点进行了距离测量。实验结果表明,在实际大气条件下,利用该被动测距模型测得被测目标距离与实际距离的平均误差达到1.8%。该模型正确、可行,满足红外目标被动测距的高速在线测试及隐蔽性、高精度、抗干扰能力强等要求。

一种航空发动机喷流红外成像仿真模型

分析了红外热像仪面阵单元接收的辐射通量,该分析表明红外热像仪面阵各单元间的辐射通量差异只与其瞬时视场的辐射亮度有关。以此为依据,开发了发动机喷流的红外成像仿真模型。根据热像仪与喷流的位置,建立喷流的圆柱包络体,从面阵单元引出瞬时视场视线,求出视线与包络体交线。利用辐射传递方程计算了视线所穿透喷流的辐射亮度,其中非均匀气体透过率计算采用了Malkmus统计窄谱带模型结合CG近似的方法。然后将辐射亮度转换为灰度级,并根据伪彩色编码,对各面阵单元对应的图像像素点赋RGB值得到喷流红外热像,伪彩色编码采用了彩虹编码。最后,以某型发动机的喷流为研究对象,在流场分析给出静压、静温和组分摩尔分数的基础上,计算了正侧方两种距离下喷流的红外仿真图像。红外仿真图像表明该模型能够准确扑捉喷管处于不完全膨胀状态时,喷流的膨胀波和压缩波组导致的局部辐射亮度的变化。

垂直起降喷管的红外辐射特性数值分析

为提高飞机排气系统的红外隐身性以及机动性,发展和提出一种多轴级联旋转式垂直起降喷管,并运用Malkmus统计窄谱带模型和反向蒙特卡洛法(RMCM)对常规巡航、垂直起降和中间形态S隐身模式下喷管红外辐射特性进行参数化研究。结果表明:相比于常规巡航模式喷管,垂直起降模式喷管红外辐射强度最大降低23%,S隐身模式喷管最大降低47%;舱段相对转角变化规律对S隐身模式喷管红外辐射特性影响显著,此外靠近出口的舱段相对转角变化规律对垂直起降模式喷管红外辐射特性影响较小。