帶有紅外成像探測(cè)系統(tǒng)的高速飛行器在大氣層內(nèi)高速飛行時(shí),由于飛行速度很快高速飛行器周圍的流場(chǎng)受到極端擠壓,在這種極端環(huán)境下在高速飛行器的頭部附近產(chǎn)生激波和其他復(fù)雜的流場(chǎng)變化,在光學(xué)上引起折射率的起伏。與此同時(shí),由于頭罩與空氣的劇烈相互作用,在高速飛行器的頭部區(qū)域溫度、壓強(qiáng)發(fā)生劇烈的改變,使得高速飛行器最外面光學(xué)頭罩產(chǎn)生明顯的折射率變化和形變。當(dāng)高速飛行器對(duì)目標(biāo)成像時(shí),目標(biāo)光束由于經(jīng)過折射率劇烈變化的流場(chǎng)區(qū)域,使得目標(biāo)光束發(fā)生偏折、彌散,高速飛行器頭部的光學(xué)頭罩由于折射率和形變的非常顯著,進(jìn)一步使得進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的波前產(chǎn)生更大的畸變,降低了成像系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的成像和識(shí)別。通過研究在高超音速下的流場(chǎng)和高速飛行器頭罩的對(duì)入射波面的相位調(diào)制規(guī)律,可以幫助設(shè)計(jì)成像探測(cè)系統(tǒng)的波前編碼,提高成像系統(tǒng)的探測(cè)精度。本文研究了高超音速高速飛行器在熱環(huán)境下外流場(chǎng)和頭罩的折射率、折射率梯度的分布以及頭罩的形變分布,并建立適用于大多數(shù)光學(xué)窗口的氣動(dòng)光傳輸計(jì)算模型。主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)光傳輸計(jì)算模型的研究。通過分析基于重構(gòu)切片型網(wǎng)格的光傳輸算法的局限性,建立了外流場(chǎng)和頭罩的數(shù)據(jù)融合模型;基于氣動(dòng)熱環(huán)境下外流場(chǎng)和頭罩的折射率梯度的局域均勻性假設(shè),提出了折射率和折射率梯度的線性插值算法,建立了適用于多種類型光學(xué)窗口的氣動(dòng)光傳輸模型。(2)氣動(dòng)熱環(huán)境下外流場(chǎng)和高速飛行器光學(xué)頭罩的折射率梯度、頭罩形變分布的研究。根據(jù)Gladstone-Dale公式計(jì)算了環(huán)繞在光學(xué)頭罩周圍流場(chǎng)的折射率場(chǎng),根據(jù)熱光效應(yīng)計(jì)算了頭罩的折射率分布,分析了頭罩和外流場(chǎng)的折射率、折射率梯度、折射率梯度變化率,證明了局域內(nèi)折射率梯度的均勻性,并分析了頭罩的形變分布。(3)光傳輸模型的驗(yàn)證以及回轉(zhuǎn)對(duì)稱頭罩的光傳輸特性研究。通過均勻折射率平板和光楔驗(yàn)證了光傳輸模型的正確性,并分析了計(jì)算誤差;然后根據(jù)該模型對(duì)長(zhǎng)徑比為2的五種面形頭罩進(jìn)行了光傳輸仿真,分析了對(duì)成像質(zhì)量的影響。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V219;O43
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外氣動(dòng)光傳輸研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 國(guó)內(nèi)外流場(chǎng)光傳輸研究
        1.2.2 國(guó)內(nèi)外頭罩光傳輸研究
        1.2.3 國(guó)內(nèi)外光傳輸仿真研究
    1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 光傳輸模型研究
    2.1 引言
    2.2 頭罩和流場(chǎng)網(wǎng)格類型對(duì)光傳影響
        2.2.1 切片型重構(gòu)網(wǎng)格對(duì)光傳計(jì)算影響
        2.2.2 非重構(gòu)型網(wǎng)格以及數(shù)據(jù)融合
    2.3 光傳輸模型
        2.3.1 光傳輸計(jì)算原理
        2.3.2 梯度折射率介質(zhì)中的光程計(jì)算
        2.3.3 折射率以及折射率梯度插值
        2.3.4 外流場(chǎng)和頭罩的光傳輸步驟
    2.4 氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的光學(xué)評(píng)價(jià)
        2.4.1 波像差
        2.4.2 其他評(píng)價(jià)函數(shù)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 回轉(zhuǎn)對(duì)稱頭罩的流場(chǎng)和頭罩的折射率分布
    3.1 引言
    3.2 回轉(zhuǎn)對(duì)稱頭罩的外流場(chǎng)密度和折射率分布
        3.2.1 外流場(chǎng)有限元計(jì)算模型
        3.2.2 外流場(chǎng)的密度和折射率分布
    3.3 回轉(zhuǎn)對(duì)稱頭罩的頭罩熱響應(yīng)和折射率、形變分布
        3.3.1 頭罩的熱響應(yīng)計(jì)算模型
        3.3.2 頭罩的熱響應(yīng)與折射率分布仿真分析
        3.3.3 頭罩的形變分布
    3.4 本章小結(jié)
第4章 光傳輸模型驗(yàn)證與光傳輸仿真
    4.1 引言
    4.2 仿真計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法及平板和光楔的光傳輸模型驗(yàn)證
        4.2.1 仿真計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法
        4.2.2 光傳輸模型驗(yàn)證
    4.3 回轉(zhuǎn)對(duì)稱頭罩的光傳輸仿真
        4.3.1 外流場(chǎng)的光傳輸
        4.3.2 頭罩光傳輸
    4.4 計(jì)算量和計(jì)算精度的討論
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝

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