【正文】 用紅外成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確定位的關(guān)鍵問題，所以高速飛行器應(yīng)用紅外末定位的一些關(guān)鍵技術(shù)問題很早就引起人們關(guān)注，比如氣動(dòng)熱轉(zhuǎn)換以及輻射效應(yīng)與 窗口材料熱應(yīng)力與變形、高速流場(chǎng)氣動(dòng)熱效應(yīng) [7]及光在隨機(jī)介質(zhì)中傳輸?shù)妊芯抗ぷ髅绹?guó)在五六十年代就有人開始了研究，經(jīng)過了幾十年研究歷程，從美國(guó)空軍菲利普試驗(yàn)室、國(guó)家高能激波風(fēng)洞 LENS 試驗(yàn)室、麥道航空公司和 Teledgne Brown 工程公司等等研究機(jī)構(gòu)發(fā)表有關(guān)研究報(bào)告分析來(lái)看，美國(guó)國(guó)防研究部門進(jìn)行大量高速飛行器紅外成像末制導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)理論分析與試驗(yàn)研究的工作，己經(jīng)掌握了相應(yīng)的核心的技術(shù)。該書從理論上、實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)以及飛機(jī)飛行試驗(yàn)等方面總結(jié)了機(jī)載激光系統(tǒng)受湍流附面層影響的研究結(jié)果。 本文建立了物性分布高度不均勻高溫氣體介質(zhì)的熱輻射計(jì)算體系，可以為直接 或間 接需要此計(jì)算結(jié)果的工程軍事場(chǎng)合提供參考。 關(guān)鍵詞 :紅外成像制導(dǎo)，氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)，輻射傳遞方程，分子原子光譜 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 說明書 Highspeed aerodynamic analysis and calculation of the thermal radiation effects Abstract The presence of foreign highspeed missile shock layer optical window for the highly uneven temperature gradients gaseous medium, for which the thermal radiation transfer research an efficient numerical solution method, based on the idea of discrete transfer method, the use of light transmission model looking seeker caliber within sight path detection, inferring the thermal radiation intensity of the shock layer model, and the results obtained prove that in a certain infrared wavelengths, the shock layer by thermal radiation noise has little effect altitude in the atmosphere, and Mach several closely related. This paper established a highly uneven distribution of physical properties of high temperature gas medium heat radiation calculation system, which can be directly or indirectly Then you need this military occasions engineering calculations provide a reference. Key words: infrared imaging guidance, pneumatic heat radiation effects, radiative transfer equation, molecular atomic spectroscopy 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 說明書 I 目錄 摘要 .....................................................................1 1 研究的目的背景與意義 ....................................................5 氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)相關(guān)研究的發(fā)展現(xiàn)狀及研究目的 ............................5 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................................6 高溫氣體 熱輻射特性研究 ..............................................6 高速飛行器氣動(dòng)熱輻射效應(yīng) ............................................7 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................................8 2 氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)相關(guān)概念 .................................................9 高 速飛行器氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)的概念 .......................................9 輻射傳遞方程的一般形式 ...............................................10 幾何光學(xué)光線追跡模型 .................................................12 正入射光線傳輸 ....................................................12 斜入射光線傳輸 .....................................................13 量子熱輻射的基本概念 ................................................15 氣體中光的發(fā)射、吸收機(jī)制 ............................................16 氣體吸收發(fā)射系數(shù)的計(jì)算 ..............................................18 3 氣動(dòng) 熱輻射效應(yīng)分析與計(jì)算 ..............................................19 高溫氣體分子原子輻射吸收系數(shù) ........................................19 多級(jí)溫度模型建立 ..................................................20 3． 2高溫氣體原子分子輻射吸收系數(shù) .......................................23 3． 2． 1高溫氣體原子輻 射吸收系數(shù) ........................................23 3． 2． 2 高溫氣體分子輻射吸收系數(shù) .......................................25 光學(xué)傳輸模型 .......................................................25 介質(zhì)離散 .........................................................25 ..........................................................26 輻射傳遞方程求解 ...................................................28 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 說明書 II ...................................................28 .....................................................29 ...................................................30 4 結(jié)論 ..............................................................32 參考文獻(xiàn) ............................................................33 致謝 ................................................................34 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 說明書 第 1 頁(yè) 共 36 頁(yè) 1 研究的目的背景及意義 自從上世紀(jì)六十年代，尤其是近二十年以來(lái)，激光技術(shù)和航空航天技術(shù)的發(fā)展，以及機(jī)載激光、戰(zhàn)術(shù)高能激光武器、激光雷達(dá)、激光通訊、大氣光學(xué)測(cè)量等大量技術(shù)應(yīng)用展現(xiàn)出來(lái)，使人們開始關(guān)注光在大氣、湍流層、附面層等復(fù)雜流場(chǎng)中傳輸?shù)囊?guī)律研究。在統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)上建立了比較完善的氣動(dòng)光學(xué)研究的理論體系和實(shí)驗(yàn)方法。在理論上與工程實(shí)踐上都取得了非常大的突破，并且己經(jīng)成功的運(yùn)用在新一代裝備當(dāng)中。雖然在氣動(dòng)光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用剛剛發(fā)展了幾十年，事實(shí)上，此類問題在工業(yè)上，在爐膛傳熱中技術(shù)領(lǐng)域中， 20世紀(jì) 20 年代，氣體輻射就已經(jīng)引起了人們的重視。 1954 年經(jīng)歷一次修整。同時(shí)原子，分子光譜理論計(jì)算方法也得到了深入的發(fā)展，成為近代工程氣體輻射計(jì)算的主要方法。但是采取此方法時(shí)需要提供氣體分子每條譜線的詳細(xì)光譜特性參數(shù)，包括譜線位置、譜線強(qiáng)度、譜線半寬、譜線躍遷能級(jí)能量、譜線躍遷能級(jí)權(quán)重等一系列參數(shù)。很多資料中都把艾爾沙色 (Elsasser)1938 年首先提 出的艾爾沙色模型看作是最簡(jiǎn)單的窄帶模型。 Goody 和 Godson 提出用概率密度分布函數(shù)表征線強(qiáng)的變化，以求更符合實(shí)際。最簡(jiǎn)單的寬譜帶模型是箱帶模型。 Strohle 等將指數(shù)寬帶模型進(jìn)行變化后，用于求解包含 2CO 和 2HO的一維和二維空腔中的輻射傳熱。寬帶模型的計(jì)算結(jié)果和用于擬合的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，平均誤差在 20%? 左右，最大誤差達(dá) 50%到 80%，是目前工程應(yīng)用的寬譜帶模型中最好的。 1967年 Hottel和 Sarofin由譜帶方法出發(fā)，最早發(fā)展了基于整體吸收系數(shù)分布函數(shù)的方法，提出灰氣體加權(quán)和模型（ WSGGM）。聶宇宏等推導(dǎo)了描述非灰氣體輻射特性的灰氣體加權(quán)和模型 (WSGGM)與離散坐標(biāo)法結(jié)合的公式。 Modest 在新的光譜數(shù)據(jù)庫(kù) CDSD1000 的基礎(chǔ)上，建立了 N2_CO2混合物的全譜帶 k分布的一個(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系式。利用這些數(shù)學(xué)模型和仿真軟件可以對(duì)高速激波和高溫窗口產(chǎn)生的熱輻射噪聲進(jìn)行分析。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張亞萍研究了高速流場(chǎng)對(duì)光學(xué)窗口的影響，分析了光學(xué)窗口的氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)和氣動(dòng)加熱效應(yīng)對(duì)紅外成像探測(cè)的影響；哈爾濱工業(yè)大學(xué)的趙永蓬等給出了高溫氣體可能存在的各種輻射機(jī)制，以及根據(jù)各機(jī)制開展輻射光譜理論與實(shí)驗(yàn)研究的方案；中國(guó)科學(xué)院的張杰研究了高速流場(chǎng)的氣動(dòng)熱輻射數(shù)學(xué)建模與計(jì)算方法 錯(cuò)誤 !未找到引用源。較為完整考慮了氣動(dòng)加熱對(duì)蒙皮溫度作用，采用反向蒙特卡洛法，并且結(jié)合表面多重遮擋算法，分析了在空間特定方向上，飛行器表面在長(zhǎng)波波段內(nèi)的輻射特性。并應(yīng)用所建方法和計(jì)算程序數(shù)值仿真其在中波段的紅外輻射的空間分布，仿 真所得到的結(jié)果，可以為紅外隱設(shè)計(jì)提供一定參考依據(jù)。為達(dá)到精確制導(dǎo)的目的，科研人員在氣動(dòng)光學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行探索，一部分致力于尋找湍流真實(shí)結(jié)構(gòu)，一部分致力于流場(chǎng)或氣動(dòng)熱環(huán)境的整體統(tǒng)計(jì)模擬，解釋光線經(jīng)過復(fù)雜的流場(chǎng)介質(zhì)發(fā)生的變化，一部分致力于一定約束條件下圖像的盲復(fù)原工作。兩種方法互相驗(yàn)證、比較和補(bǔ)充。沿輻射傳播路徑 s，輻射強(qiáng)度 I 的改變量為： I I dTdI ds dss T ds???? （ ） 式中： dI 表示沿輻射傳播路徑輻射強(qiáng)度的改變量； ()I s ds?? 表示溫度為常數(shù)時(shí)由輻射傳播路徑上介質(zhì)的吸收、發(fā)射和散射引起的輻射強(qiáng)度的變化； ()I T dT?? 表示輻射傳播路徑上僅由溫度變化引起的輻射強(qiáng)度的改變。,?ΩΩ 是從入射方向 39。 代入式 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，即可得到穩(wěn)態(tài)、梯度折射率、吸收、發(fā)射、散射、半透明介質(zhì)內(nèi)的輻射傳遞方程的一般形式為 ? ? ? ?2002 2 2039。然而，由于光線在梯度溫度介質(zhì)內(nèi)沿曲線傳播，因此梯度溫度介質(zhì)內(nèi)輻射傳遞問題的求解比均勻溫度介質(zhì)內(nèi)輻射傳遞問題的求解困難得多。204 ( , )( ) ( ) ( )4 ( )sab I s TS s I s dmT??? ? ?? ? ??? 39。39。在幾何理論中 OPD的計(jì)算是研究波相差的關(guān)鍵。 圖 給出了幾何光學(xué)傳輸建模的基本流程。 光 線 追 跡空 間 位 置（ 網(wǎng) 格 標(biāo) 號(hào) ）相 位 差O P D此 網(wǎng) 格 的溫 度 分 布光 線 方 程 輻 射 強(qiáng) 度溫 度 分 布光 強(qiáng) 分 布P S F 圖 光線追跡方法研究輻射計(jì)算問題 正入射光線傳輸 垂直入射是最簡(jiǎn)