类B-2型飞行器红外辐射特性数值模拟

类B-2型飞行器因其独特的气动布局和较强的隐身能力,成为攻防对抗和预警探测识别工作中重点关注的目标之一。通过构建类B-2型飞行器的气动外形,基于真实可压缩气体模型和辐射平衡壁面边界条件预测典型飞行工况(12 km@0.8 Ma)下的绕流场、尾喷焰和壁面温度,结合窄谱带高温气体辐射物性数据库,采用视在光线法求解辐射传输方程,获得不同观测角度、不同波段条件下目标本体和尾喷焰的红外辐射特性。结果表明:类B-2型飞行器在俯视观测角度下辐射强度最强,本体在长波波段内的辐射强度较中波波段高出近两个量级。中波波段内目标辐射强度主要来自尾喷焰,长波波段内主要来自本体。研究可为类B-2型飞行器的目标特性识别提供理论参考。

喷气式飞机尾焰红外辐射的理论计算与仿真

通过对喷气式飞机尾焰流场特点的深入分析,绘制了尾焰的等温线图和各组分等压图。考虑了谱线的碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,利用单谱带模型C-G近似法,计算了尾焰各控制体的吸收系效,同时给出了尾焰红外辐射强度的计算方法和步骤。最后,计算了某单管型号的喷气式飞机在非加力状态下的3μm～5μm红外辐射强度,并与实际的测量数据进行了比较,分析表明该结果与实际测量数据具有较好的一致性。

隐身飞机尾焰的红外辐射特性

隐身飞机尾焰的红外辐射是隐身飞机探测的主要辐射源.本文提出了一种新的隐身飞机尾焰红外辐射特性计算模型.该模型以普通飞机尾焰红外辐射特性计算模型为基础,进而考虑红外隐身措施的影响,间接实现隐身飞机尾焰的红外辐射特性的计算.计算模型分别考虑了隐身飞机的二元喷口、引射技术、红外遮蔽云以及遮挡对尾焰辐射的影响.计算结果得出,添加隐身措施后尾焰辐射强度仅为添加前辐射强度的5.8%.针对隐身飞机尾焰红外辐射特性很难获取的问题,将计算结果与喷灯燃烧航空煤油的光谱峰位数据进行了比较,实验结果显示隐身前后辐射能量量级变化与国外文献相同,表明该模型可以用于隐身飞机尾焰红外辐射特性计算.

视线方向飞机红外辐射特性建模与仿真

建立一种高效准确实时性好的视线方向飞机红外辐射计算模型一直是红外对抗仿真中的瓶颈问题。为解决这类问题,从分析飞机主要辐射源特性出发,结合红外辐射的经典理论和射流动力学理论,提出了一种准确快速的计算方法。首先,将整机的红外辐射分解为蒙皮辐射和排气系统辐射两大主要部分;其次对于红外辐射计算中较困难的排气系统红外辐射,基于SLG模型和视线追踪的思想,推导了相应的离散化方程,建立了相应的计算模型;最后进行了仿真分析,并与实测数据进行了比较。仿真结果表明,该方法计算准确,对于红外对抗仿真具有重要的参考应用价值。

模拟飞机尾喷焰辐射传输的非结构有限体积法

有限体积法因其物理意义明确,在流动与传热的数值计算中有广泛的应用。在利用有限体积法求解辐射传输问题时,不仅能够保证在每一控制体内辐射能量守恒,还可以保证在每一个控制立体角内辐射能量守恒,因而使得模拟结果具有较高的精度;同时,非结构化网格技术是处理复杂几何形状物理问题的一种有效方法。本文编写了求解辐射传输的非结构化有限体积法程序,将计算结果与其他文献的算例进行了对比,证明了模型和程序的正确性,分析了各种因素对程序计算精度和计算时间的影响。在此基础上,将求解辐射传输的非结构化网格有限体积法程序集成到Fluent软件中,计算了飞机尾喷焰的温度场分布。

飞机穿越烟气流场的响应计算与分析

本文把烟气流作为一种人为的风切变场,分析和计算了烟气流的抬升夹卷模式,讨论了飞机对称穿越烟气流场时的响应。可为电厂和机场的相关设计提供参考依据。

基于粒子系统和C-G法的尾焰红外模拟

尾焰是一种复杂的非均匀气体辐射源,它作为一种典型的选择性辐射源,是红外模拟工作中非常重要的一部分。将采用粒子系统结合C-G谱带模型法,不仅逼真地模拟尾焰的不规则外形,还能实现尾焰红外辐射能量的数值计算。

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。

喷管类型对飞行器排气系统辐射特性的影响

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。

临近空间基红外探测隐身飞机尾焰的仿真研究

针对隐身飞机的识别和跟踪,研究了临近空间平台对隐身飞机尾焰进行红外探测的作用距离及优势。以F22飞机的尾喷管为原型建立尾焰辐射流场模型,获得了尾焰的温度场与压强场,用微观谱带模型柯蒂斯-戈德索(C-G)近似法计算沿任一观测方向尾焰的辐射特性。考虑采用非轴对称喷管、遮挡板、引射技术和气溶胶遮盖等隐身措施,得到了隐身飞机尾焰在不同探测视角下的红外辐射强度。对红外系统作用距离计算模型未考虑背景辐射强度等不足进行改进,修正探测系统作用距离公式,用目标与背景的辐射强度差替代原目标辐射强度,用MODTRAN软件计算出的单位波数间隔内相应波长下的光谱大气透过率替代大气平均透过率,给出了逐步法求作用距离的流程,并计算出了空间、临近空间和地面不同探测平台对隐身飞机尾焰的红外探测作用距离。结果表明:与其它平台相比,临近空间平台对隐身飞机的探测有更大优势。研究为用临近空间平台对隐身飞机的探测提供了参考。

机器人主动嗅觉烟羽分布辨识方法研究

针对三维空间有害气体烟羽分布的辨识问题,提出一种模拟退火结合模糊C均值算法的烟羽辨识方法。采用模拟退火算法优化四轴飞行器自主搜索路径,避免了烟羽信息采集的盲目性,提高了辨识效率。采用模糊C均值算法对有害气体烟羽多维特征数据聚类,辨识烟羽扩散区域及危害程度。采用两种聚类评价指标,通过实验确定了聚类数目及加权指数。搭建了仿真平台,通过实例对所提出的方法进行验证,且与Kmeans、DBSCAN聚类算法对比分析,结果表明:上述方法能自主辨识出有害气体烟羽扩散区域及危害程度,为烟羽分布辨识及源定位提供方法支持。

飞机尾喷CO_2扩散的激光探测特性分析

飞机尾喷CO_2浓度扩散场是飞机不可隐藏的目标特性之一,为间接探测飞机提供了可能。采用数值模拟方法对典型工况下简化飞机模型的尾喷CO_2浓度扩散场进行了仿真,利用仿真数据模拟了激光雷达系统探测目标并获取CO_2浓度分布的过程,对不同参数条件下激光探测系统的探测性能进行了仿真分析。结果表明,飞机尾喷CO_2扩散具有可探测性;选择合适的激光发散角、扫描角间隔和空间积分距离可探测到飞机,且在参数组合(0.5 mrad,4.4°,20 m)和(5 mrad,4.4°,20 m)下计算得到CO_2浓度扰动中心与设定目标间的距离为2.9 m。本研究可为实际应用提供参考。

Pollution plumes observed by aircraft over North China during the IPAC-NC field campaign

Strong pollution emissions from large urban and industrial centres in eastern China are thought to greatly impact regional air quality and global atmospheric chemistry.In this study,we investigate extensive pollution plumes over North China,observed by aircraft during the IPAC-NC(Influence of Pollution on Aerosols and Cloud Microphysics in North China)field campaign in spring 2006.Several pollution plumes were encountered,characterized by sharp and strong increases of SO2and NOx(NO plus NO2)as well as remarkable O3variability.During a flight performed downwind of the megacity Tianjin on 9 April,O3was found to be depleted at NOx>15 ppbv and enhanced at NOx mixing ratios of 6–7 ppbv.Our analysis indicates that the plumes had recently been released by industrial plants,and partly mixed with urban emissions,giving rise to the large-scale transport of air pollution and substantial degradation of air quality.

飞机尾喷焰光辐射特性计算建模中的二个重要环节的改进

本文对使用谱带模型理论方法计算尾喷焰光辐射特性所出现的等价宽度问题进行了较为详细的讨论,研究了几种形式等价宽度的有效性,并提出了计算尾喷焰辐射的“穿截尾喷焰小气柱”方法,回避了四重积分的计算,得到了良好效果。

飞机尾焰的固体粒子红外辐射抑制效果仿真分析

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。