【摘 要】
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带有光学系统的飞行器在飞行过程中,周围流场结构因空气压缩而发生改变,产生激波、膨胀波及湍流边界层等复杂流场结构,导致图像产生模糊、偏移和抖动,降低探测和瞄准精度。随
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带有光学系统的飞行器在飞行过程中,周围流场结构因空气压缩而发生改变,产生激波、膨胀波及湍流边界层等复杂流场结构,导致图像产生模糊、偏移和抖动,降低探测和瞄准精度。随着军事科学和航天技术的迅猛发展,飞行器飞行速度不断提高,气动效应增大,对成像质量的影响加大。透彻研究气动光学效应的机理,深刻认识成像质量与流场结构之间的关系,是提高校正能力、进行有效瞄准控制的理论依据。本论文中,首先分析了气动光学效应的研究背景及意义,总结气动光学效应的发展历程和国内外研究现状以及发展趋势;阐述了本课题主要的研究内容、论文结构安排,对本课题的创新点和研究过程中的难点进行说明。其次,结合流体力学和空气动力学基础知识,对超声速飞行流场结构特点及影响因素进行分析。根据其影响程度不同,确定本文主要针对不同飞行高度、速度、攻角对像质的影响进行研究,采用专业流体力学仿真软件Fluent作为研究工具;对比了常用的流场计算方法及非均匀流场中的光学传输计算方法,利用MATLAB,以光线追迹和物理光学相结合的方法计算得到不同流场对成像质量的影响,以点扩散函数和光学传递函数的形式进行描述。再次,本文以带侧窗的单锥形飞行器头罩为研究对象,建立三维流场模型;介绍了流场离散化的概念及意义,分析总结了常用的网格划分方法及其应用场合,实现了合理的三维网格划分,并对网格质量进行了检验;对气动仿真常用的求解方法、求解模型和求解参数等进行对比分析,并结合超声速飞行特点进行合理选择。同时,在得到了流场密度分布的基础上,采用光线追迹法,结合Fluent自带的划线功能,以一种非遍历网格点的光线追迹方式求得了经过不同流场后的光波面畸变,同时以编写日志文件的方式,实现了大量密度场数据的自动化导出,大大简化了光线追迹过程;在获得波面畸变的基础上,利用物理光学方法,求得各飞行情况下成像的点扩散函数、光学传递函数以及斯特列尔比;以固定变量的方式对比讨论了不同飞行条件对像质的影响情况。最后,对本文的工作内容及研究成果进行总结,对该课题今后的研究方向进行了展望。综上所述,本文主要研究超声速飞行器头罩在不同飞行情况下,非均匀流场对光线传输的影响。主要工作分为流场仿真及光传输计算两大部分,最终给出了较为全面的不同飞行情况对成像质量的影响的量化对比分析结果。
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