本文關(guān)鍵詞：高速飛行器頭罩外流場(chǎng)激波輻射特性與傳輸效應(yīng)研究

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【摘要】：高速飛行器外流場(chǎng)形成的激波層產(chǎn)生激波輻射,這對(duì)頭罩內(nèi)探測(cè)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(cè)器的成像質(zhì)量和工作性能,本文對(duì)激波流場(chǎng)介質(zhì)的輻射特性和傳輸效應(yīng)開展了研究。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括激波流場(chǎng)的建模和網(wǎng)格劃分、激波流場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)。計(jì)算激波流場(chǎng)輻射特性的思想是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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)輻射-導(dǎo)熱耦合部分和對(duì)流部分編程仿真,對(duì)流部分的溫度場(chǎng)單獨(dú)求解,然后作為能量方程中的對(duì)流項(xiàng)代入能量方程中進(jìn)行求解得到輻射-對(duì)流-導(dǎo)熱耦合模型的溫度場(chǎng),得到了溫度場(chǎng)和輻射強(qiáng)度場(chǎng)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(duì)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(chǎng)輻射傳輸效應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。基于Matlab對(duì)激波流場(chǎng)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(chǎng)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)表面上的點(diǎn)的各層輻射的線性疊加,流場(chǎng)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(duì)仿真結(jié)果影響不大,而邊界發(fā)射率對(duì)仿真結(jié)果影響很大。并得到了流場(chǎng)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(duì)不同外形的頭罩、不同位置的成像探測(cè)器,實(shí)現(xiàn)激波流場(chǎng)輻射特性對(duì)探測(cè)器成像干擾的定量分析。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V219

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1173435