高速飛行器頭罩外流場激波輻射特性與傳輸效應(yīng)研究.pdf

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

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

3、流-導(dǎo)熱耦合模型的溫度場，得到了溫度場和輻射強(qiáng)度場分布。分析介質(zhì)的重要性質(zhì)參數(shù)：介質(zhì)反照率、邊界發(fā)射率和普朗克數(shù)，對仿真結(jié)果的影響，得到如下結(jié)論：介質(zhì)反照率越低，輻射強(qiáng)度越強(qiáng)；邊界發(fā)射率越低，輻射強(qiáng)度越強(qiáng)；普朗克值越低，輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，符合理論分析，為后續(xù)研究激波流場輻射傳輸效應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。
　　基于Matlab對激波流場輻射傳輸效應(yīng)進(jìn)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(qiáng)度值是沿某一角度的視線在某一內(nèi)表面

4、上的點(diǎn)的各層輻射的線性疊加，流場中每一點(diǎn)發(fā)出到達(dá)內(nèi)表面上的輻射強(qiáng)度計(jì)算均滿足介質(zhì)輻射的布格爾定律。仿真結(jié)果得到了不同參數(shù)下輻射強(qiáng)度-輻射方向-內(nèi)表面發(fā)光點(diǎn)的三者關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)反照率和普朗克數(shù)對仿真結(jié)果影響不大，而邊界發(fā)射率對仿真結(jié)果影響很大。并得到了流場內(nèi)表面即飛行器頭罩外側(cè)氣固交界面上每一個(gè)出光點(diǎn)在每一個(gè)輻射方向的輻射強(qiáng)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(shí)現(xiàn)激波流場輻射特性對探測器成像干擾的定