【正文】 左節(jié)點(diǎn)的溫度值界面下網(wǎng)格內(nèi)的溫度取Z為導(dǎo)彈行進(jìn)反方向。設(shè)攜能光線初始入射角為，通過(guò)節(jié)點(diǎn)l1后輻射傳遞軌跡切線方向與傳遞方向間的夾角為 。 不均勻溫度介質(zhì)的光線追蹤第k次(k定義為光(輻射)傳遞軌跡Z方向改變次數(shù))傳遞時(shí)對(duì)應(yīng)切向角為，第k個(gè)拐變點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為(X,X(z))。令表示光線平移量=線段，=線段，=線段，用表示光線的總的實(shí)際偏移量。其中每個(gè)格網(wǎng)的光線偏移量Xi為： (）如果為計(jì)數(shù)值，標(biāo)定所追擊光線是否超出給定的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)數(shù)據(jù)網(wǎng)格范圍，超出即表示計(jì)算無(wú)效)，則對(duì)偏移量進(jìn)行修正。 輻射傳遞方程求解 上節(jié)中的介質(zhì)離散將對(duì)光線穿過(guò)三維流場(chǎng)的分析轉(zhuǎn)化為分析光線依次穿過(guò)一系列具有不同溫度的介質(zhì)單元；同時(shí)將輻射傳遞方程在微元體半球空間的熱輻射求解簡(jiǎn)化為垂直于每個(gè)邊界網(wǎng)格面元的均勻譜帶輻射強(qiáng)度的求解。當(dāng)網(wǎng)格分辨率較高時(shí)，將網(wǎng)格內(nèi)的媒質(zhì)溫度設(shè)為常數(shù)，假定其他物性各向均勻；當(dāng)輻射能在網(wǎng)格之間的界面?zhèn)鬟f時(shí)，只考慮它的折射或全反射，這雖與熱輻射在階躍界面處的傳遞不相符，但符合熱輻射在梯度溫度介質(zhì)內(nèi)的傳遞特點(diǎn)。分析原始數(shù)據(jù)得知，對(duì)于所截取的駐點(diǎn)附近的長(zhǎng)方體激波層介質(zhì)，其溫度結(jié)構(gòu)為梯度分布。 根據(jù)光線傳輸模型的分析結(jié)果，規(guī)定網(wǎng)格內(nèi)溫度為定常值，即得到輻射特征射線在控制體單元網(wǎng)格中的行程的解析表達(dá)式。以點(diǎn)(0,x(0))處為原點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)格的輻射軌跡為： （）式中：為輻射軌跡上點(diǎn)())處的切向極角，其為直線軌跡，即為每個(gè)網(wǎng)格的光線偏折角。 離散傳遞法的基本思想是沿著某根特征射線求解輻射傳遞方程。從每個(gè)邊界網(wǎng)格面元的節(jié)點(diǎn)向半球空間引出條特征射線，每條特征線都由引出點(diǎn)經(jīng)過(guò)半透明介質(zhì)到達(dá)另一邊界面，如圖6所示： 離散傳遞的計(jì)算模型因?yàn)檠芯磕繕?biāo)最終服務(wù)于氣動(dòng)熱輻射退化圖像的復(fù)原，選定視線(LOS)路徑為沿CFD網(wǎng)格計(jì)算時(shí)的輻射積分路徑。設(shè)由界面1發(fā)射的一根特征射線S(z)進(jìn)入單元網(wǎng)格控制體(i,j)時(shí)的譜帶輻射強(qiáng)度為，離開該控制體的譜帶輻射強(qiáng)度為。沿射線在控制體(i,j)上對(duì)輻射傳遞方程積分，直至最終到達(dá)界面2，忽略散射，射線穿過(guò)控制體時(shí)譜帶輻射強(qiáng)度的變化為： （）(式中：為特征射線在控制體(i,j)中的行程；為控制體(i,j)的溫度；為溫度下譜帶內(nèi)黑體輻射能占總輻射能的份額。 （）式中：為38um中遠(yuǎn)紅外波段。 計(jì)算結(jié)果與討論 公式(3)～(5)為高溫激波層分子原子吸收發(fā)射光譜系數(shù)譜系數(shù)計(jì)算模型。公式(6)和(7)為光線追跡LOS路徑的CFD網(wǎng)格遞推算法。聯(lián)立公式(8)(10)，得到激波熱輻射沿LOS路徑的紅外譜帶輻射強(qiáng)度CFD網(wǎng)格遞推算法。將激波層非灰氣體采用灰氣體加權(quán)和模型WSGGM描述。對(duì)，,，N 3種組分的加權(quán)求和得到。兩種方法分別計(jì)算前視制導(dǎo)導(dǎo)彈光學(xué)頭罩窗口外的3～8um的激波熱輻射噪聲。，H20，CO2。，N 3種組分的吸收、發(fā)射光譜在38um內(nèi)的平均值為。圖7為基于輻射方程求解得到的紅外譜帶輻射強(qiáng)度。馬赫數(shù)分別為Ma=5和Ma=7，高度H=30km，入射角。Ma=5時(shí)，激波駐點(diǎn)溫度達(dá)到2000K。發(fā)射光譜強(qiáng)度平均值分別為 不同飛行速度的熱輻射噪聲可以看出，溫度條件相同時(shí)，兩種方法所得到的紅外譜帶發(fā)射強(qiáng)度在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，％，可以互相驗(yàn)證其算法模型的合理性，與物理實(shí)質(zhì)規(guī)律的符合性較高。另外，根據(jù)12組數(shù)據(jù)仿真計(jì)算得到熱輻射平均強(qiáng)度與馬赫數(shù)的關(guān)系為： （）(H=30km，40km)，Ma=5，=5。時(shí)的熱輻射噪聲。當(dāng)流場(chǎng)條件一定時(shí)，改變光線入射角，熱輻射噪聲的輻射強(qiáng)度平均值基本不變，但在窗口的分布不同；當(dāng)導(dǎo)彈速度相同、飛行高度變化時(shí)，熱輻射噪聲輻射強(qiáng)度和分布均變化不大，如圖18所示。且從圖12中可以看出，在紅外成像末制導(dǎo)系統(tǒng)的工作波段為38um時(shí)，初步認(rèn)為采用3—3m，68um雙色紅外成像復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)有利于提高其目標(biāo)識(shí)別和抗干擾能力。 不同高度的熱輻射噪聲4 結(jié)論 為研究高速飛行器窗口外激波層的氣動(dòng)光譜熱輻射效應(yīng)，文中基于原子分子輻射理論和輻射傳遞方程求解兩種方法求得高速飛行器的熱輻射噪聲，二者得到的結(jié)果相似，相互校驗(yàn)，初步突破氣動(dòng)熱輻射的計(jì)算結(jié)果難以被驗(yàn)證的瓶頸，推進(jìn)了其算法和技術(shù)的發(fā)展，得到氣動(dòng)熱輻射精確且可靠的數(shù)值解，及激波層熱輻射噪聲與來(lái)流參數(shù)之間的關(guān)系。給出紅外末制導(dǎo)系統(tǒng)中有利于提高其目標(biāo)識(shí)別和抗干擾能力的波段。熱輻射效應(yīng)計(jì)算模型的建立，為圖像盲復(fù)原工作提供了可靠的約束條件和先驗(yàn)知識(shí)，也為熱輻射效應(yīng)的抑制工作提供嚴(yán)密的數(shù)理依據(jù)。參考文獻(xiàn)[1]范志剛，等。氣動(dòng)光學(xué)頭罩熱輻射效應(yīng)數(shù)值仿真研究，應(yīng)用光學(xué)。2012[2]安永泉，趙剡 。紅外成像制導(dǎo)中的氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)機(jī)理，紅外與激光工程。2011[3]王亞輝，王強(qiáng)，高磊，肖力平，徐力 。高超聲速飛行器氣動(dòng)熱輻射特性，紅外與激光工程。2013[4]殷興良 氣動(dòng)光學(xué)研究的數(shù)理基礎(chǔ) 氣動(dòng)光學(xué)原理 2003[5]2004年全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集 激波和窗口氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)研究 楊小穎等 2004[6]高速湍流流場(chǎng)氣動(dòng)光學(xué)傳輸效應(yīng)研究 劉純勝 張?zhí)煨?殷興良 紅外與激光工程 [7]W. 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Radiative Properties and Radiative Heat Transfer Calculations for High Temperature Combustion Gases[D]: The Pennsylvania State University, 2002.致謝 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，作者學(xué)到了很多非常有用的東西，包括熟悉了關(guān)于光學(xué)設(shè)計(jì)的等相關(guān)方面的核心思想和Matlab的使用方法，尤其是通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)并掌握并了解了氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)的概念，并通過(guò)老師的講解學(xué)習(xí)并掌握氣體光譜輻射計(jì)算的一般方法，學(xué)習(xí)了光線在復(fù)雜介質(zhì)中的傳播，并且可以初步了解光電成像過(guò)程，使作者在這短短的一個(gè)學(xué)期里極大地充實(shí)了自己，也為以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)。這主要要感謝安永泉老師對(duì)作者的耐心指導(dǎo)和督促，安老師對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)和Matlab非常精通，是老師給作者不少關(guān)鍵性的啟發(fā)和靈感。使作者從對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)一無(wú)所知到喜歡上這項(xiàng)工作。 第 31 頁(yè) 共 36 頁(yè)