气动热辐射效应毕业设计开题报告

PAGE中北大学毕业设计开题报告学生姓名：郭京辉学号：1005104143学院信息与通信工程学院专业：光电信息工程设计题目：高速飞行器气动热辐射效应分析与计算指导教师安永泉2014年3月16日

毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1.1引言红外技术因具有分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强、能适应夜间和战场烟雾环境等优点日益受到人们的关注,但红外技术应用于大气层内的高速飞行器却面临气动光学效应的困扰。当飞行器在稠密的大气层中以高超声速飞行时,其光学头罩与大气相互作用,产生严重的气动热辐射效应，即其周围存在高温激波层，激波层中的气体密度、温度、组分高度不均匀，并产生强烈的红外辐射，对探测器成像产生热辐射噪声干扰，使得目标图像严重退化，，降低了系统对目标的检测和跟踪能力，严重时甚至造成红外探测器饱和，产生所谓的热障问题，所以气动热辐射以及校正技术是提高高速飞行器制导精度的关键问题。1.2发展背景自从上世纪六十年代，尤其是近二十年以来，激光技术和航空航天技术的发展，以及机载激光、战术高能激光武器、激光雷达、激光通讯、大气光学测量等大量技术应用展现出来，使人们开始关注光在大气、湍流层、附面层等复杂流场中传输的规律研究。上世纪的70年代，美国的AirForceWeaponslaboratory，NASA'sArmResearchCenter，AirForceFlightDynamicLaboratory以及美国一些大学与实验室就对机载激光中气动光学效应进行了为期五年的研究，他们的研究结果展示在1982年出版的“Aero-opticalphenomena"。该书从理论上、实验室模拟实验以及飞机飞行试验等方面总结了机载激光系统受湍流附面层影响的研究结果。在统计理论基础上建立了比较完善的气动光学研究的理论体系和实验方法。由于高能激光、高超音速光学制导导弹以及自适应光学的发展，逐渐建立了在统计理论基础上的气动光学研究己经远远不能满足激光技术应用需要。1.3发展现状1.31气动热辐射效应研究国外发展状况红外成像探测己经成为了精确定位的非常重要发展方向，因为致冷窗口和气动热辐射效应和校正技术是制约大气层内高速、超高速飞行器采用红外成像技术实现精确定位的关键问题，所以高速飞行器应用红外末定位的一些关键技术问题很早就引起人们关注，比如气动热转换以及辐射效应与窗口材料热应力与变形、高速流场气动热效应[7]及光在随机介质中传输等研究工作美国在五六十年代就有人开始了研究，经过了几十年研究历程，从美国空军菲利普试验室、国家高能激波风洞LENS试验室、麦道航空公司和TeledgneBrown工程公司等等研究机构发表有关研究报告分析来看，美国国防研究部门进行大量高速飞行器红外成像末制导应用技术理论分析与试验研究的工作，己经掌握了相应的核心的技术。在理论上与工程实践上都取得了非常大的突破，并且己经成功的运用在新一代装备当中。1.3.2气动光学效应研究国内发展现状虽然我国对气动光学效应研究起步比较晚，但现在己充分认识到气动光学效应研究的重要性，在气动光学传输和热辐射效应仿真实验研究方面，北京航空航天大学王强等人以气动加热情况下的飞行器蒙皮为对象，建立了红外辐射特性计算理论模型。较为完整考虑了气动加热对蒙皮温度作用，采用反向蒙特卡洛法，并且结合表面多重遮挡算法，分析了在空间特定方向上，飞行器表面在长波波段内的辐射特性。其研究结果表明了，飞行器的马赫数对其红外辐射特性有非常大的影响，在超音速飞行状态下，气动加热对红外辐射特征的影响比亚音速的大，减小蒙皮表面辐射发射率可以降低它的红外辐射强度，此种方法可为计算飞行器表面红外辐射特性提供一定的参考[[32]。在对热流量平衡方程的工程估算方法和二维薄成近似的N-S方程数值模拟的基础上，西北工业大学雷廷花对高超音速飞行器的气动加热计算方法进行研究，并且计算了高超音速飞行器对称面中心线上温度分布。以近空间高超声速飞行器为对象，上海交通大学陈方等人进行了其气动热红外辐射特性的数值仿真研究。并应用所建方法和计算程序数值仿真其在中波段的红外辐射的空间分布，仿真所得到的结果，可以为红外隐设计提供一定参考依据。和国外相比，我国在气动光学效应机理研究、气动热辐射效应、气动光学校正技术与校正测试实验技术方面都存在很大差距，基础性及机理研究还都处于初级的阶段，还有很多基本问题和实验的技术有待于解决。1.4本课题研究目的本文研究基于通过辐射传递方程得出激波层气体热辐射噪声推进了其算法和技术的发展，得到气动热辐射精确且可靠的数值解，及激波层热辐射噪声与来流参数之间的关系，并给出红外末制导系统中有利于提高其目标识别和抗干扰能力的波段。参考文献：[1]范志刚，等。气动光学头罩热辐射效应数值仿真研究，应用光学。2012[2]安永泉，赵剡。红外成像制导中的气动热辐射效应机理，红外与激光工程。2011[3]王亚辉，王强，高磊，肖力平，徐力。高超声速飞行器气动热辐射特性，红外与激光工程。2013[4]殷兴良气动光学研究的数理基础气动光学原理2003[5]2004年全国光电技术学术交流会论文集激波和窗口气动热辐射效应研究杨小颖等2004[6]高速湍流流场气动光学传输效应研究刘纯胜张天序殷兴良红外与激光工程200512[7]EvansEA.Bendingelasticmodulusofredbloodcellmembranederivedfrombucklinginstabilityinmicropipetaspirationtests[J].BiophysJ,1983,43:27)30.[8]JiT.Microspectrophotometry&imageanalysiswithapplicationsinstructure&functionsimultaneousmeasurementonsingleintactcell[M].SunYatsenUniversityofMedicalSciences,2001.[9]气动热环境下光学头罩热辐射建模及仿真王键20107[10]RuanP,YongJG,ShiYD,etal.Analysisandsignificanceofwholebloodapparentviscosity,Cassonviscosityandyieldstressinhemorheology[J].ChineseJournalofClinicalRehabilitation,2005,9(15):192)193。[11]洪汉玉著.高速飞行器成像探测气动光学效应图像校正理论与算法研究及DSP实现。2006。[12]张义广，杨军，朱学平等编著。非制冷红外成像导引头。2009.09。[13]光学和气动计量仪器.上海市：上海人民出版社,1977。[14]张天序，洪汉玉，张新宇著。气动光学校应校正原理、方法与应用.2014.01。[15]易仕和，侯中喜，赵玉新著。超声速自由旋涡气动窗口及其光学质量。2005.09。[16]范绪箕著。高速飞行器热结构分析与应用。北京市：国防工业出版社,2009.07。

毕业设计开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1本课题主要解决的问题通过对设计题目的深入了解，分析了本课题研究可能遇到的一些问题：通过建立多级温度模型求解高温气体分子原子辐射吸收系数。通过介质离散光线追踪等方法建立光学传输模型。通过计算辐射传递轨迹并应用离散传递法将辐射传递方程求解。2.2本课题研究的手段[1]图1为采用前视窗口的红外成像制导导弹头部。探测窗口采用凹窗结构，光学系统孔径大小为边长60mm×60nllll的方形。以导弹光学头罩中心为三维对称的中心点，选取脱体的弓形激波到导弹头罩物面之间，紧贴探测窗口的是尺寸为DXxDYxDZ的长方体高温稀薄气体介质。图1前视成像制导导弹气动热辐射效应[2]光学传输模型对于DXxDYxDZ的长方体高温稀薄气体介质，具有任意连续分布的温度T（x,y,z），难以直接求解其光学传输路径和辐射路径，为此将温度场进行离散，并通过创建模型与计算进行光线追踪。[3]辐射传递方程求解将介质离散将对光线穿过三维流场的分析转化为分析光线依次穿过一系列具有不同温度的介质单元；同时将辐射传递方程在微元体半球空间的热辐射求解简化为垂直于每个边界网格面元的均匀谱带辐射强度的求解。根据光线传输模型的分析结果，规定网格内温度为定常值，即得到辐射特征射线在控制体单元网格中的行程&s的解析表达式。以点(0，x(0))处为原点，每个网格的辐射轨迹&s为：式中：为辐射轨迹上点(z，x(z))处的切向极角，其为直线轨迹，即为每个网格的光线偏折角。[4]结果的分析与讨论得到气动热辐射精确且可靠的数值解，及激波层热辐射噪声与来流参数之间的关系，热辐射效应计算模型的建立，为图像盲复原工作提供了可靠的约束条件和先验知识，也为热辐射效应的抑制工作提供严密的数理依据。

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