隨著軍事科技的飛速發(fā)展,現(xiàn)代戰(zhàn)爭力求全天候、全天時地展開,因此對武器裝備的全天候作戰(zhàn)能力的需求越來越迫切。復(fù)雜環(huán)境下地面目標(biāo)及背景紅外特性的獲知技術(shù)是對地面目標(biāo)進(jìn)行全天候探測、識別、打擊以及隱身性能評估的重要技術(shù)之一,研究復(fù)雜環(huán)境下液固顆粒對裝甲車輛熱輻射特性的影響對準(zhǔn)確獲知復(fù)雜環(huán)境下地面目標(biāo)的紅外輻射特性具有重要意義。基于地面目標(biāo)熱輻射測試數(shù)據(jù),考慮熱輻射模型影響參數(shù)的不確定度,可對地面目標(biāo)的熱輻射模型的可信度進(jìn)行評估,進(jìn)而為模型在目標(biāo)隱身設(shè)計、隱身評估、目標(biāo)探測識別等領(lǐng)域的應(yīng)用提供有力依據(jù)。因此,液固顆粒對裝甲車輛熱輻射特性的影響機(jī)制及熱模型可信度評估方法的研究具有重要的應(yīng)用價值。本文總結(jié)歸納了裝甲車輛的通用熱輻射計算模型,通過液固顆粒對輻射傳輸以及表面?zhèn)鳠崽匦缘挠绊懷芯?建立了復(fù)雜氣象條件下裝甲車輛熱輻射特性的計算模型,研究了液固顆粒對裝甲車輛熱輻射特性的影響規(guī)律,評估了裝甲車輛熱輻射模型的可信度,研制了裝甲車輛紅外輻射特性計算集成軟件。具體內(nèi)容包括以下幾個方面:1.雨霧對輻射傳輸?shù)挠绊懷芯吭跉w納總結(jié)雨霧物理特性描述模型的基礎(chǔ)上,采用Bouguer-Lambert定律和MIE散射理論,針對大氣中的吸收和散射粒子,給出了大氣透過率的計算方法�？紤]雨滴、霧滴對電磁輻射的吸收和散射作用,計算研究了雨霧的紅外輻射衰減特性。通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)模型的修正,建立了雨霧條件下天空背景長波輻射的經(jīng)驗計算模型;基于大量實測數(shù)據(jù),采用非線性擬合理論,提出了雨霧條件下太陽輻射的經(jīng)驗計算模型。2.液固顆粒對表面?zhèn)鳠崽匦缘挠绊憴C(jī)理研究雨霧、沙塵等復(fù)雜氣象環(huán)境下,由于雨霧滴或灰塵等液固顆粒的飄落或沉降作用,目標(biāo)表面將形成相應(yīng)的液膜、隨機(jī)分布液滴或固體顆粒物沉積層,從而影響表面的光學(xué)吸收特性以及表面的對流換熱。因此,本文從以上兩方面研究液固顆粒對表面?zhèn)鳠崽匦缘挠绊�。首�?通過對固體顆粒沉積層物理結(jié)構(gòu)與能量吸收機(jī)理的分析,找出了固體顆粒沉積層的光譜吸收特性的各種影響因素;在一種基于輻射能量傳遞過程分解的射線蹤跡法(RTM-DRE)的基礎(chǔ)上,結(jié)合等效介質(zhì)理論和MIE散射理論,揭示了入射能量在非均勻介質(zhì)內(nèi)的傳遞機(jī)理,建立了具有非均質(zhì)固體顆粒沉積層表面表觀吸收特性的計算模型;以灰塵為例,定量分析了灰塵厚度、粒徑、堆積率、覆蓋率、化學(xué)組分、含水量以及基底反射特性等因素對表面表觀吸收特性的影響規(guī)律。其次,基于傳輸矩陣?yán)碚?考慮液膜或液滴內(nèi)的多次反射和吸收作用,并結(jié)合液滴的隨機(jī)分布特性和紅外輻射分布特性,建立了具有隨機(jī)分布液滴表面的表觀吸收特性的預(yù)測模型,詳細(xì)分析了水滴平均高度、覆蓋率、水滴與表面的溫差等因素對表面等效吸收率的影響。實驗研究對比表明,以上兩種表面的表觀吸收特性的預(yù)測模型均具有較高精度。其三,考慮雨霧與表面間的吸附、蒸發(fā)、凝結(jié)、沖刷換熱等傳熱傳質(zhì)過程,建立了雨霧條件表面的對流換熱模型,分析了雨霧條件表面的溫度變化特性,并研究了霧能見度、風(fēng)速對霧天表面溫度變化特性的影響,揭示了雨霧對表面?zhèn)鳠崽匦缘挠绊懸?guī)律,實驗驗證了雨天條件表面的溫度計算模型。3.液固顆粒對裝甲車輛熱輻射特性的影響分析在裝甲車輛熱輻射特性通用計算模型的基礎(chǔ)上,考慮復(fù)雜氣象條件對輻射傳輸?shù)挠绊?考慮液固顆粒對表面表觀吸收特性的影響效應(yīng)以及對表面對流換熱的影響,針對虛擬坦克模型和地面背景進(jìn)行了熱輻射特性計算分析,研究了不同氣象條件下不同運行工況坦克的溫度和紅外輻射特性的變化規(guī)律,分析了不同氣象環(huán)境下(雨、霧、灰塵)坦克紅外輻射特性的主要差異,數(shù)值計算了坦克的點源探測特性,揭示了復(fù)雜氣象環(huán)境下雨霧滴、灰塵等液固顆粒對坦克熱輻射特性的影響規(guī)律。4.裝甲車輛熱輻射模型可信度評估方法的研究基于系統(tǒng)靈敏度理論和系統(tǒng)溫度差統(tǒng)計方法,建立了裝甲車輛溫度靈敏度計算模型,系統(tǒng)分析了不同計算參數(shù)的溫度靈敏度。基于正交試驗方法,確定了裝甲車輛熱輻射模型的靈敏影響因子�？紤]熱輻射理論模型偏差導(dǎo)致的計算誤差、靈敏影響因子計算參數(shù)不確定性導(dǎo)致的計算誤差以及數(shù)值計算誤差,建立了紅外輻射計算總誤差的分析方法,并提出了紅外輻射仿真結(jié)果可信度的兩種評價方法:一是給定置信水平的計算誤差置信區(qū)間的分析方法;二是給定計算結(jié)果可信閾值的模型可信度置信區(qū)間的分析方法,評估分析了精確幾何建模的簡單正方腔體和幾何模型存在較大偏差的典型特種車輛的紅外輻射仿真結(jié)果的可信度。對于幾何建模存在較大偏差的特種車輛,其3-5μm和8-14μm波段紅外計算誤差的置信水平為0.95的置信區(qū)間分別為(9.48%±0.79%)和(3.84%±0.32%),從而驗證了熱輻射模型的可靠性。5.裝甲車輛紅外輻射特性計算集成軟件的開發(fā)基于WINDOWS操作系統(tǒng),利用軟件工程的原理和方法設(shè)計研制了裝甲車輛紅外輻射特性計算集成軟件,提供了完整的裝甲車輛溫度和紅外輻射特性計算的功能。軟件將復(fù)雜環(huán)境熱邊界模塊化,并通過文本命令與Fluent進(jìn)行交互,將其作為后臺溫度解算器。采用MFC可視化程序設(shè)計語言開發(fā)了軟件的操作界面,在操作界面中可以完成目標(biāo)與背景計算參數(shù)的輸入以及相關(guān)功能的設(shè)定。采用OPENGL圖形庫進(jìn)行計算數(shù)據(jù)的分析,并完成目標(biāo)與背景的紅外場景渲染等后處理功能。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TJ810
【部分圖文】：

射特性通用計算模型輛熱輻射特性通用計算模型??境下，裝甲車輛與地面背景所處的環(huán)境包括晴天、多云、陰天、、霾、沙塵等復(fù)雜氣象環(huán)境以及包含戰(zhàn)場火焰、爆炸煙塵、裝環(huán)境，統(tǒng)稱為復(fù)雜環(huán)境。不同環(huán)境下，裝甲車輛與復(fù)雜環(huán)境間裝甲車輛與地面背景紅外輻射特性由裝甲車輛與地面背景自身外輻射的反射兩部分組成。裝甲車輛與地面背景自身的熱輻射溫度分布息息相關(guān)，而裝甲車輛與地面背景的溫度計算又受到境紅外輻射也受諸多因素的影響，特別是復(fù)雜氣象環(huán)境和復(fù)雜復(fù)雜環(huán)境為例，給出裝甲車輛與地面背景熱輻射特性建模的通

傳熱傳質(zhì)引起的對流換熱。同時，車輛與背景的溫度計算建模還需要考慮車輛與背景間??的熱交互作用。??圖２．１中值得注意的是，雨、霧、雪、霜、露、沙塵、霾、爆炸煙塵、戰(zhàn)場火焰、??裝備行駛揚塵等復(fù)雜環(huán)境中相應(yīng)的液固顆粒將對熱輻射建模過程中產(chǎn)生多個方面影響：??（１）車輛表面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)過程；（２）車輛表面光學(xué)特性；（３）太陽輻射、大氣輻射和大??氣衰減特性。??本章將基于以往關(guān)于裝甲車輛熱輻射特性的研宄工作，考慮車輛與環(huán)境間的對流換??熱、外部輻射、車輛與背景的熱交互作用等外部因素，考慮車輛幾何模型、運行狀態(tài)、??隱身措施、材料參數(shù)、內(nèi)部構(gòu)件間的相互作用等內(nèi)部因素，歸納給出裝甲車輛通用溫度??計算模型。基于車輛的溫度分布，考慮車輛的自身輻射、表面對環(huán)境輻射的反射，考慮??復(fù)雜環(huán)境對大氣傳輸特性以及表面光學(xué)特性的影響，歸納給出通用的裝甲車輛熱輻射計??算模型。最后，對裝甲車輛通用熱輻射模型的影響因素進(jìn)行定性分析，指出模型可信度??分析的必要性。??２．１物理模型??■變太剛一＾??■一?地面反射太陽轱射—??ｗ?一痛＾?／?大氣輻射圃■■丨？??目標(biāo)自身輻射??，排氣尾流輻射—？??＼?Ｉ?ｉ?＾地表■熱、潛熱?？??Ｉ?導(dǎo)熱及摩擦產(chǎn)熱??圖２．２裝甲車輛與地面背景的熱邊界示意圖??車輛與地面背景紅外輻射特性計算的前提是確定車輛與地面背景的溫度分布

為ＩｎＤ的期望，／／?＝?ｆｌ２＋Ｚ？２ｌｎＪ；?ｃｌｎＪ。其中各系數(shù)的取值可根據(jù)降雨類型有文獻(xiàn)［１２］給出。??州雨滴分布模型??滴分布模型是１９９５年由仇盛柏等人利用激光滴譜儀在廣州開果的基礎(chǔ)上提出的一種雨滴譜模型。根據(jù)降雨量的大小，分別雨等三種雨類的尺寸分布模型，其表達(dá)式如下［１７４］：??小雨：ｉＶ（Ｚ））?＝?１１８７３．５ｅｘｐ（－４．０Ｊ＂°?１８￡＞）??廣延雨：ｉＶ（Ｄ）?＝?９４４６．５ｅｘｐＣ－ｌＳＪ＂０．２１／））暴雨：７Ｖ〇Ｄ）?＝?６１８３．９ｅｘｐ（－５＿０ｊ４．２６Ｄ）??分布相比，廣州雨滴尺寸分布差異較大，這體現(xiàn)了廣州雨滴尺地區(qū)的雨滴尺寸分布也不同于我國內(nèi)地的雨滴尺寸分布，它代區(qū)典型的雨滴尺寸分布。??下落速度??１“?￣＼?１?ｔｉｌｌ?Ｉ?｜??

本文編號：2867738