【摘 要】
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具有红外探测/制导功能的高速飞行器,在大气中高速飞行时,头罩前的气体受到强烈的压缩,形成很薄的激波,位于激波与飞行器壁面之间的激波层温度会急剧上升,压强变大,分子数密
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具有红外探测/制导功能的高速飞行器,在大气中高速飞行时,头罩前的气体受到强烈的压缩,形成很薄的激波,位于激波与飞行器壁面之间的激波层温度会急剧上升,压强变大,分子数密度变大,产生的红外辐射会使探测器的信噪比降低,从而对飞行器的红外探测和制导功能产生影响。本文开展了激波层光谱辐射特性的研究,包括高速飞行器外流场的仿真,中高温气体辐射计算模型的建立,CO2和H2O振转带的辐射特性计算。主要研究内容为:(1)高速飞行器外流场的研究。计算了3Ma、5Ma条件下高速飞行器外流场的边界条件;根据空气动力学和有限元理论,利用有限元的方法仿真分析了高速飞行器飞行时的外流场的空气密度场、温度场、压强场和速度场分布,确定了飞行器绕流场的分布规律。(2)高速飞行器外流场激波层热辐射计算模型研究。研究了适合计算中高温气体辐射的计算模型,包括逐线计算法、宽谱带模型和窄谱带模型,分析比较了各个模型的适用对象和条件;根据计算的外流场环境特性,确定了采用窄谱带模型中的Malkmus模型进行外流场的辐射特性计算,并给出了模型中各个参数的计算方法。(3)高速飞行器外流场激波层热辐射特性仿真研究。分析了激波层中产生红外辐射的主要成分CO2和H2O的红外辐射机制,计算了激波层中CO2和H2O的振-转配分函数以及在特定温度和压强条件下在3300-3800cm-1等光谱区的谱带强度,并给出了谱线平均吸收系数、谱线平均间距和谱线平均半宽的计算结果;计算了3Ma、5Ma条件下,CO2和H2O在3300-3800cm-1等光谱区内的光谱透射率;验证了计算模型的准确性,给出了模型的校验结果。
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