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第一章 绪论1

1.1 课题研究背景与意义1

1.1.1 红外制导导弹和探测系统对飞机的威胁日益严重1

1.1.2 研究和发展加力式涡扇发动机排气系统红外隐身技术的意义1

1.2 国内外发展动态综述2

1.2.1 红外隐身技术的研究及应用现状2

1.2.2 目标红外辐射计算特征方法概述及软件的研究进展9

1.3 问题的提出14

1.4 本文的主要研究工作14

第二章 发动机排气系统对流-辐射耦合传热计算方法研究16

2.1 对流-辐射传热耦合计算的基本控制方程16

2.1.1 流场、温度场和组分浓度计算的基本方程16

2.1.2 紊流模型17

2.2 辐射传递方程的计算方法19

2.2.1 求解辐射传递方程的离散坐标法19

2.2.2 角度的离散20

2.2.3 空间坐标的离散——差分格式21

2.2.4 燃气辐射性质的确定21

第三章 用RMC法计算涡扇发动机排气系统红外特征的方法研究22

3.1 物理模型22

3.2 目标的红外辐射强度计算原理22

3.2.1 目标辐射强度计算式22

3.2.2 用随机方法确定辐射微元位置涉及到的四个概率模型24

3.2.3 均匀分布随即数的产生27

3.2.4 辐射微元的确定29

3.3 红外辐射亮度显示30

3.3.1 红外辐射亮度显示原理30

3.3.2 每个像素上的红外辐射亮度计算30

3.4 部件辐射计算31

3.5 计算域的离散及计算过程中的数学问题32

3.5.1 壁面网格的划分32

3.5.2 介质网格的划分33

3.5.3 探测点的坐标计算34

3.5.4 从探测器出发的光线在绝对坐标系中的方程34

3.5.5 从探测器表面发射的光线与计算域边界是否有交点的计算36

3.5.6 射线离开计算域时与边界交点的计算36

3.5.7 射线与微元面是否相交及交点的计算37

3.5.8 壁面反射射线的计算39

3.5.9 射线微元段上的温度、压力、组分的插值计算41

3.6 影响计算结果的因素分析43

3.6.1 算例介绍43

3.6.2 射线离散步长的影响43

3.6.3 射线数的影响43

3.7 计算速度的提高45

3.7.1 MPI并行策略46

3.7.2 并行计算性能测试46

3.7.3 并行前后光谱辐射强度的比较47

3.8 本章小结48

第四章 红外探测距离的计算方法研究49

4.1 基于等效噪音照度的探测距离的计算公式49

4.2 大气透过率的计算研究51

4.2.1 典型大气特性51

4.2.2 大气透过率的计算方法52

4.3 背景辐射计算55

4.4 探测距离的求解55

4.5 本章小结56

第五章 典型加力式涡扇发动机排气系统非加力状态的红外辐射特性实验研究58

5.1 涡扇发动机排气系统模拟实验台58

5.2 红外辐射测量系统59

5.3 带加力燃烧室的排气系统腔体模型60

5.3.1 基准排气系统腔体模型60

5.3.2 支板和中心锥冷却的排气系统腔体模型61

5.3.3 中心锥盖板涂覆低发射率涂料的排气系统腔体模型61

5.3.4 各部件的发射率62

5.4 涡扇发动机模型排气系统红外辐射特征测试方案65

5.4.1 红外辐射强度测试点的布置66

5.4.2 大气透过率的测量方法66

5.4.3 壁面温度测量点的布置67

5.5 实验结果与分析67

5.5.1 温度测量结果及分析67

5.5.2 基准排气系统腔体模型结果及分析68

5.5.3 支板和中心锥冷却模型结果及红外抑制分析70

5.5.4 中心锥盖板涂覆低发射率涂料结果及红外抑制分析74

5.6 误差分析77

5.7 本章小结77

第六章 红外辐射特征计算方法及程序的验证79

6.1 带加力燃烧室的排气系统模型壁面温度计算结果的验证79

6.1.1 计算域及边界条件79

6.1.2 网格79

6.1.3 壁面温的计算结果与实验结果的比较80

6.2 带加力燃烧室的排气系统模型的红外辐射强度实验验证83

6.2.1 红外辐射计算网格及相关计算参数84

6.2.2 基准排气系统腔体模型的红外辐射特征计算与实验的对比分析86

6.2.3 支板和中心锥冷却模型的红外辐射特征计算与实验的对比分析89

6.2.4 中心锥盖板涂覆低发射率涂料模型的红外辐射特征计算与实验的对比分析92

6.3 大气透过率及锁定距离的验证94

6.3.1 大气透过率的验证94

6.3.2 锁定距离的验证95

6.4 本章小结96

第七章 典型加力式涡扇发动机轴对称排气系统红外特征的计算及红外抑制效果分析98

7.1 典型加力式涡扇发动机红外辐射特征计算98

7.1.1 计算模型98

7.1.2 流场计算98

7.1.3 红外辐射特征计算104

7.2 红外辐射抑制方案及效果研究110

7.2.1 通过改变壁面发射率和温度分布抑制红外辐射的方案110

7.2.2 改变壁面温度分布时的红外抑制规律111

7.2.3 改变壁面发射率分布时的红外抑制规律112

7.2.4 综合改变壁面温度和发射率分布时红外辐射对比及红外抑制效果评价114

7.3 本章小结119

第八章 总结与展望121

8.1 总结121

8.2 主要创新点123

8.3 展望123

参考文献124

致谢131

在学期间的研究成果及发表的学术论文132