高速飛行器頭罩外流場激波輻射特性與傳輸效應研究.pdf

1、高速飛行器外流場形成的激波層產生激波輻射，這對頭罩內探測器的成像造成嚴重干擾。為了提升高速飛行器中紅外探測器的成像質量和工作性能，本文對激波流場介質的輻射特性和傳輸效應開展了研究。
　　本文的研究內容主要包括激波流場的建模和網格劃分、激波流場的輻射特性和輻射傳輸效應的計算仿真。利用Gambit軟件實現(xiàn)激波流場的繪制和網格劃分，采用非結構化三角網格劃分方法，得到的模型可以仿真出一般的激波流場。
　　計算激波流場輻射特性的思想是

2、將激波層的氣體介質看作是一種吸收散射性介質，將激波輻射看作是一種輻射-對流-導熱的耦合問題進行仿真，通過研究有限單元法及傳熱學各物理方程，對能量方程、輻射傳遞方程和流動方程等控制方程進行伽遼金有限元離散，并對其進行迎風有限元修正，得到了準確、穩(wěn)定、高效的輻射特性計算的物理模型。
　　利用Matlab軟件分別對輻射-導熱耦合部分和對流部分編程仿真，對流部分的溫度場單獨求解，然后作為能量方程中的對流項代入能量方程中進行求解得到輻射-對

3、流-導熱耦合模型的溫度場，得到了溫度場和輻射強度場分布。分析介質的重要性質參數：介質反照率、邊界發(fā)射率和普朗克數，對仿真結果的影響，得到如下結論：介質反照率越低，輻射強度越強；邊界發(fā)射率越低，輻射強度越強；普朗克值越低，輻射強度越強，符合理論分析，為后續(xù)研究激波流場輻射傳輸效應奠定了基礎。
　　基于Matlab對激波流場輻射傳輸效應進行編程求解的基本思想是：由于激波流場中無粒子存在，所以總的輻射強度值是沿某一角度的視線在某一內表面

4、上的點的各層輻射的線性疊加，流場中每一點發(fā)出到達內表面上的輻射強度計算均滿足介質輻射的布格爾定律。仿真結果得到了不同參數下輻射強度-輻射方向-內表面發(fā)光點的三者關系圖，發(fā)現(xiàn)介質反照率和普朗克數對仿真結果影響不大，而邊界發(fā)射率對仿真結果影響很大。并得到了流場內表面即飛行器頭罩外側氣固交界面上每一個出光點在每一個輻射方向的輻射強度值。
　　該仿真模型，可以對不同外形的頭罩、不同位置的成像探測器，實現(xiàn)激波流場輻射特性對探測器成像干擾的定