【摘要】：固體火箭發(fā)動機羽流產(chǎn)生的強紅外輻射是飛行器的重要特征信號,一方面成為軍事偵察紅外目標(biāo)的依據(jù),另一方面成為監(jiān)控發(fā)動機機械故障的紅外跡象。因此,羽流紅外輻射特性的研究對于紅外探測制導(dǎo)技術(shù)和軍用隱身技術(shù),以及固體推進劑配方的改良設(shè)計都具有十分重要的意義。推進劑的燃燒過程是一種劇烈變化、非穩(wěn)態(tài)的狀態(tài),本文采用被動式遙感FTIR光譜測試技術(shù),實時、原位、高效地對推進劑燃燒火焰紅外輻射特性進行深入分析。首先對FTIR紅外光譜儀進行多點線性和非線性標(biāo)定實驗,探討了儀器響應(yīng)函數(shù)隨溫度、分辨率、光圈的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),多點非線性定標(biāo)法能夠更準(zhǔn)確地獲得紅外發(fā)射譜。同一測試距離下,儀器響應(yīng)函數(shù)隨光譜分辨率的減小而減小,隨光圈的增大而增大。當(dāng)儀器接收信號較弱時,隨溫度的升高而減��；反之接收信號較強時,儀器響應(yīng)函數(shù)隨溫度的升高緩慢增大最終維持在平穩(wěn)的狀態(tài)。其次,對兩種固體推進劑的羽流展開了紅外輻射特性的測試研究,獲得了羽流的紅外發(fā)射光譜圖,對其進行計算分析,并得到燃燒火焰絕對輻射能量分布、羽流溫度、氣體產(chǎn)物種類及濃度等相關(guān)信息。研究表明,含鋁推進劑總輻射能量為106.767W/Sr,而NEPE推進劑總輻射能量為61.084 W/Sr,且理論溫度計算結(jié)果接近羽流實際溫度,含鋁推進劑羽流溫度3500K,理論溫度3000K左右；NEPE推進劑羽流溫度約1500K,理論溫度1400K。進一步驗證了分子基帶振轉(zhuǎn)光譜測溫法的簡便性和實用性。根據(jù)Lambert-Beer定律,計算了推進劑燃燒氣體主產(chǎn)物的濃度。這項研究結(jié)果可應(yīng)用于復(fù)合推進劑配方的改良,從而研發(fā)出具有高能量、低特征信號的推進劑。最后,利用自編寫的一套羽流溫度校準(zhǔn)軟件,采用比色測溫數(shù)據(jù)與紅外熱像儀的測溫數(shù)據(jù)相互校正,得到了羽流的真實發(fā)射率,從而反演出羽流實際的溫度。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這種校準(zhǔn)方法得到的發(fā)射率具有可靠性。
[Abstract]:The strong infrared radiation generated by the plume of solid rocket motor is an important characteristic signal of aircraft, on the one hand, it becomes the basis of military reconnaissance infrared target, on the other hand, it becomes the infrared sign of monitoring engine mechanical failure. Therefore, the study of plume infrared radiation characteristics is of great significance for infrared detection guidance technology and military stealth technology, as well as for improving the design of solid propellant formulation. The combustion process of propellant is a kind of drastic change and unsteady state. In this paper, the infrared radiation characteristics of propellant combustion flame are deeply analyzed in real time, in situ and efficiently by using passive remote sensing FTIR spectrum measurement technology. First, the multi-point linear and nonlinear calibration experiments of FTIR infrared spectrometer are carried out, and the variation rule of the instrument response function with temperature, resolution and aperture is discussed. It is found that the multi-point nonlinear calibration method can obtain the infrared emission spectrum more accurately. At the same test distance, the response function of the instrument decreases with the decrease of spectral resolution and increases with the increase of aperture. When the receiving signal of the instrument is weak, it decreases with the increase of the temperature, and the response function of the instrument increases slowly with the increase of the temperature when the receiving signal is strong, and the response function of the instrument is maintained in a steady state at last. Secondly, the infrared radiation characteristics of the plume of two kinds of solid propellant are tested and studied, the infrared emission spectrum of the plume is obtained, and the absolute radiation energy distribution and plume temperature of the combustion flame are obtained, and the infrared emission spectrum of the plume is calculated and analyzed. Related information such as the type and concentration of gas products. The results show that the total radiation energy of aluminized propellant is 106.767W / Sr, while the total radiation energy of NEPE propellant is 61.084 W, and the calculated results of theoretical temperature are close to the actual plume temperature, the plume temperature of aluminized propellant is 3500K and the theoretical temperature is about 3000K. The plume temperature of NEPE propellant is about 1500K and the theoretical temperature is 1400K. Furthermore, it is proved that the method of molecular baseband vibration-rotation spectrum temperature measurement is simple and practical. According to Lambert-Beer 's law, the concentration of main products in propellant combustion gas is calculated. The results of this study can be applied to the improvement of composite propellant formulation, and the propellant with high energy and low characteristic signal can be developed. Finally, using a set of plume temperature calibration software written by ourselves, we use the colorimetric temperature measurement data and the infrared thermal image data to calibrate each other, and get the true emissivity of the plume, so that the actual plume temperature can be inverted. The results show that the emissivity obtained by this calibration method is reliable.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V512

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本文編號：2432650