本文關(guān)鍵詞：氣動(dòng)熱環(huán)境下共形整流罩熱輻射特性研究

  更多相關(guān)文章： 共形整流罩 熱輻射 半透明介質(zhì) 輻照度

【摘要】：在大氣層或臨界層內(nèi),裝備紅外成像探測(cè)系統(tǒng)的飛行器高速飛行時(shí),位于其前端的整流罩因受氣動(dòng)熱流影響,溫度迅速升高。高溫整流罩產(chǎn)生了強(qiáng)烈的紅外輻射,在探測(cè)器接收面上形成背景噪聲,嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。隨著飛行器速度的不斷增大,傳統(tǒng)的球形整流罩在空氣動(dòng)力學(xué)方面的劣勢(shì),使得其越來(lái)越不滿足飛行器高速飛行的要求。具有流線型外表面的共形整流罩彌補(bǔ)了球形整流罩空氣阻力系數(shù)大的缺點(diǎn),但是目前對(duì)于共形整流罩的研究主要集中在其像差的校正上,對(duì)于其氣動(dòng)熱輻射的研究較少。為了綜合評(píng)定共形整流罩的優(yōu)越性,需要研究氣動(dòng)熱環(huán)境下共形整流罩的熱輻射特性。本文主要研究共形整流罩熱輻射特性,首先使用有限元分析法,將共形整流罩劃分成規(guī)則網(wǎng)格,計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格的輻射能量;然后運(yùn)用光線追跡法得到三種典型面形整流罩在探測(cè)器接收面上所產(chǎn)生的熱輻射干擾;最后利用所建立的共形整流罩熱輻射計(jì)算模型對(duì)呈現(xiàn)非均勻溫度分布且存在折射率梯度的三種典型面形整流罩進(jìn)行了仿真。主要內(nèi)容包括:(1)裝備共形整流罩的高速飛行器外流場(chǎng)特征研究。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)和有限元理論,利用有限元方法建立了裝備共形整流罩的高速飛行器外流場(chǎng)計(jì)算模型;根據(jù)此模型,計(jì)算了高速飛行器外繞流空氣密度場(chǎng)、整流罩壁面溫度場(chǎng)、壓強(qiáng)場(chǎng)和速度場(chǎng)分布。確定了包括球形、橢球面形以及拋物面形在內(nèi)的三種典型面形整流罩繞流場(chǎng)的分布規(guī)律。(2)氣動(dòng)熱環(huán)境下共形整流罩多物理場(chǎng)耦合研究。根據(jù)傳熱學(xué)和彈性力學(xué)理論,結(jié)合高速飛行器流場(chǎng)仿真結(jié)果,利用有限元方法建立了氣動(dòng)熱環(huán)境下共形整流罩熱流固耦合計(jì)算模型。然后利用此模型計(jì)算了整流罩非均勻的溫度場(chǎng)、形變場(chǎng)、應(yīng)力以及應(yīng)變場(chǎng),為后續(xù)共形整流罩輻射計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。(3)共形整流罩熱輻射特性研究。依據(jù)共形整流罩多物理場(chǎng)耦合分析得到的結(jié)果,建立了共形整流罩熱輻射發(fā)射以及傳輸模型,編制了共形整流罩熱輻射特性仿真軟件,分析了三種典型面形共形整流罩熱輻射對(duì)高速飛行器光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響。
【關(guān)鍵詞】：共形整流罩 熱輻射 半透明介質(zhì) 輻照度
【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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V219
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外氣動(dòng)熱環(huán)境下共形整流罩熱輻射特性研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外高速飛行器整流罩外形設(shè)計(jì)以及共形光學(xué)研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外氣動(dòng)熱輻射傳輸效應(yīng)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 氣動(dòng)熱環(huán)境下共形整流罩耦合計(jì)算研究20-42
• 2.1 引言20
• 2.2 共形整流罩外流場(chǎng)分析有限元計(jì)算模型20-22
• 2.3 典型面形共形整流罩外流場(chǎng)特性仿真分析22-30
• 2.3.1 等厚球形整流罩外流場(chǎng)特性仿真分析22-25
• 2.3.2 等厚橢球面形整流罩外流場(chǎng)特性仿真分析25-27
• 2.3.3 等厚拋物面形整流罩外流場(chǎng)特性仿真分析27-30
• 2.4 高速飛行器整流罩多物理場(chǎng)耦合計(jì)算30-36
• 2.4.1 ANSYS-APDL31-33
• 2.4.2 共形整流罩熱分析計(jì)算模型33-35
• 2.4.3 共形整流罩結(jié)構(gòu)分析計(jì)算模型35-36
• 2.5 典型面形整流罩的氣動(dòng)熱環(huán)境多物理場(chǎng)耦合仿真36-41
• 2.5.1 整流罩材料物理特性及其熱流固耦合分析輸入條件36-37
• 2.5.2 等厚半球形整流罩氣動(dòng)熱環(huán)境多物理場(chǎng)耦合仿真分析37-38
• 2.5.3 等厚橢球形整流罩氣動(dòng)熱環(huán)境多物理場(chǎng)耦合仿真分析38-40
• 2.5.4 等厚拋物面形整流罩氣動(dòng)熱環(huán)境多物理場(chǎng)耦合仿真分析40-41
• 2.6 本章小結(jié)41-42
• 第3章 氣動(dòng)熱環(huán)境下共形整流罩熱輻射計(jì)算模型建立42-55
• 3.1 引言42
• 3.2 氣動(dòng)熱環(huán)境下共形整流罩熱輻射計(jì)算建模總體42-43
• 3.3 共形整流罩熱輻射發(fā)射特性43-47
• 3.3.1 半透明梯度折射率介質(zhì)輻射發(fā)射特性43-46
• 3.3.2 整流罩熱輻射離散模型46-47
• 3.4 熱輻射在共形整流罩內(nèi)部的傳輸47-50
• 3.4.1 復(fù)雜熱環(huán)境下共形整流罩折射率場(chǎng)計(jì)算47-48
• 3.4.2 四階龍格-庫(kù)塔法48-50
• 3.5 整流罩熱輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)的傳輸50-53
• 3.5.1 熱瞳50-51
• 3.5.2 共形整流罩熱輻射在光學(xué)系統(tǒng)中的傳輸51-53
• 3.6 紅外探測(cè)器接收面上熱輻射計(jì)算53-54
• 3.6.1 探測(cè)器接收面上輻射照度計(jì)算53-54
• 3.6.2 紅外探測(cè)器成像仿真54
• 3.7 本章小結(jié)54-55
• 第4章 氣動(dòng)熱環(huán)境下典型共形整流罩熱輻射仿真55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 仿真軟件總體結(jié)構(gòu)55-57
• 4.2.1 軟件運(yùn)行環(huán)境及功能要求55-57
• 4.2.2 軟件程序接口57
• 4.3 典型共形整流罩熱輻射特性仿真分析57-71
• 4.3.1 球形頭罩熱輻射仿真計(jì)算結(jié)果58-62
• 4.3.2 橢球面形整流罩熱輻射仿真計(jì)算結(jié)果62-66
• 4.3.3 拋物面形整流熱輻射仿真計(jì)算結(jié)果66-70
• 4.3.4 典型面形整流罩熱輻射仿真結(jié)果對(duì)比分析70-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果80-82
• 致謝82-83
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷83

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