【摘要】：近年來,隨著紅外制導(dǎo)武器精度的提升,戰(zhàn)機(jī)的隱形化性能變得愈發(fā)重要。為使飛機(jī)不被紅外儀器探測到,從而避開紅外制導(dǎo)武器的攻擊,亟需研究出能準(zhǔn)確快速地反映飛機(jī)蒙皮表面紅外輻射的特征參數(shù)的測量方法,針對飛機(jī)蒙皮的紅外輻射特性進(jìn)行計(jì)算和分析,進(jìn)而評估和改善飛機(jī)的紅外隱身性能。當(dāng)前,通過外場測試獲得飛機(jī)紅外輻射特性數(shù)據(jù)時(shí)間較長、成本較高、難度較大,因此通過數(shù)值模擬的方法獲得飛機(jī)的紅外輻射特性數(shù)據(jù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。首先,本文對飛機(jī)蒙皮的紅外輻射特性進(jìn)行了仿真研究。通過CATIA軟件建立了典型飛機(jī)的幾何模型,采用GID軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理,然后對紅外輻射特性進(jìn)行理論建模。利用反向蒙特卡羅法獲得太陽輻射熱流,建立三維溫度場模型和紅外出射度場模型,并利用有限元法將飛機(jī)的整體模型離散為若干個(gè)小單元,將復(fù)雜的反射問題轉(zhuǎn)化為離散的有限單元問題進(jìn)行求解。依據(jù)推導(dǎo)出的理論模型,用Fortran語言編寫飛機(jī)紅外輻射特性計(jì)算的程序。其次,本文對低溫環(huán)境下飛機(jī)表面蒙皮涂層材料的發(fā)射率測量方法進(jìn)行了研究,基于能量法搭建了以傅里葉紅外光譜儀為核心的發(fā)射率測量系統(tǒng)。為避免受到周圍環(huán)境輻射的影響,搭建了真空環(huán)境,并對光譜儀的背景函數(shù)進(jìn)行了修正,提高了測量結(jié)果的可靠性。該系統(tǒng)使發(fā)射率測量環(huán)境和飛機(jī)實(shí)際飛行環(huán)境保持一致,從而提高了飛機(jī)蒙皮紅外輻射特性仿真的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。最后,本文利用搭建的發(fā)射率測量系統(tǒng)對典型樣件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得到了不同溫度下3～5μm和8～14μm波段飛機(jī)蒙皮材料的發(fā)射率數(shù)據(jù),并對不確定度進(jìn)行了分析。同時(shí),還采用控制變量的方法對飛機(jī)的三維溫度場和3～5μm、8～14μm波段的紅外出射度場進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明:(1)太陽輻射對飛機(jī)蒙皮向陽面加熱效果明顯,使蒙皮溫度升高近30℃;飛機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)由于空氣動(dòng)力作用,飛機(jī)頭部、兩翼尾翼稍處溫度較高;由于環(huán)境溫度下降,飛機(jī)表面溫度場下降;(2)3～5μm波段的紅外輻射出射度場和三維溫度場的變化規(guī)律大致相同,蒙皮的紅外輻射能量主要集中在8～14μm的遠(yuǎn)紅外波段;(3)飛機(jī)的飛行高度越高,蒙皮材料的發(fā)射率越高,紅外輻射性能越強(qiáng)。飛行速度的提高,導(dǎo)致飛機(jī)表面溫度場下降,紅外出射度場上升。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V218;V271.4;TN21
【圖文】：

Worthing 首次提出穩(wěn)態(tài)量熱法，也叫燈絲加熱法[7]，測量裝置如圖1-3 所示。該方法的測量裝置較為簡單，只需正負(fù)電極、熱電偶測溫裝置和水循環(huán)，其溫度測試范圍很寬，可達(dá)-50~1000°C，覆蓋了高中低溫測量，且對發(fā)射率的測量精度較高，但是該方法僅適用于對導(dǎo)體材料的全波長半球發(fā)射率進(jìn)行測量，且試樣制備工藝比較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間較長[43]。圖 1-3 穩(wěn)態(tài)量熱法測量裝置[43]瞬態(tài)量熱法的測量原理是采用電流或激光等瞬態(tài)加熱技術(shù)對試樣進(jìn)行快速加熱，通過對試樣的溫度、加熱功率等參數(shù)進(jìn)行測量，從而計(jì)算出被加熱試樣的發(fā)射率值。1960 年，Richmond、 Howl 等人采用該方法測量了銅、鋁、銀等金屬材料的發(fā)射率[44-45]。之后，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的 Cezairliyan 等人先后搭建了基于積分球反射法和基于偏振光反射計(jì)的瞬態(tài)量熱裝置，從而使瞬態(tài)量熱法趨近于完善[46-47]。2000 年，國內(nèi)也展開了對瞬態(tài)量熱法的研究，以哈爾濱工業(yè)大學(xué)戴景民教授最具代表性，他建立了基于積分球反射法的通過脈沖進(jìn)行加熱的瞬態(tài)量熱裝置，該裝置可用于對材料的多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測量，而且測溫上限高[7]。（2）反射法反射法是一種將輻射能投射到不透明樣件上

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文腔之間的溫度差，但是該方法不適合在高溫狀態(tài)下對物體的發(fā)1982 年，許勤堂等人參照 Dunkle 的方法研制了發(fā)射率測量裝同溫度下進(jìn)行了發(fā)射率測量實(shí)驗(yàn)，這個(gè)裝置的分辨率能夠達(dá)到]。 年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的Nordince等人提出了利用激光率，該方法通過測量垂直和平行試樣表面的偏振光強(qiáng)，獲得了試狀試樣的發(fā)射率進(jìn)行求解[50]。這種測量方法只能對光滑的試樣應(yīng)用范圍有限。激光偏振發(fā)射率測量裝置如圖 1-4 所示：

圖 1-5 積分球結(jié)構(gòu)和實(shí)物圖[53]10 年，日本的 Makino 等人研制了新型反射計(jì)對金屬鎳的反射率和量，并記錄了金屬氧化過程中發(fā)射率測量結(jié)果的變化[54]，測量μm 范圍內(nèi)，測量裝置如圖 1-6 所示。圖 1-6 Makino 等人研制的球形反射計(jì)[54]13 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張宇峰等人針對太陽能真空集熱管涂層層表面溫度的測量，提出了不需要參考反射標(biāo)準(zhǔn)的光譜發(fā)射率量型，基于積分球反射法研制了光譜發(fā)射率的高真空測量系統(tǒng)，該系

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