飛機(jī)目標(biāo)的紅外圖像仿真具有非常重要的軍事和民用意義。傳統(tǒng)的仿真方法通常將飛機(jī)目標(biāo)的機(jī)體與尾焰分別成像,因而很少表現(xiàn)出兩者間的耦合關(guān)系,難以得到高逼真度的仿真圖像。同時(shí),近年來(lái)在飛機(jī)目標(biāo)紅外輻射研究領(lǐng)域,利用計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬從而計(jì)算目標(biāo)輻射與分析輻射特性已成為常用方法。本文主要討論如何使用光線追蹤的方法借助仿真流場(chǎng)的數(shù)值得到具有高真實(shí)感與高精確度的飛機(jī)目標(biāo)紅外仿真圖像。首先,討論了光線追蹤方法中的相交、采樣、加速算法與場(chǎng)景對(duì)象的紅外輻射傳輸理論,將輻射的產(chǎn)生與傳輸過(guò)程同光線傳播過(guò)程結(jié)合,得到了能夠應(yīng)用于紅外場(chǎng)景仿真的光線追蹤渲染方法。其次,根據(jù)流體力學(xué)理論與計(jì)算流體力學(xué)方法,對(duì)兩種不同機(jī)型的機(jī)體外流場(chǎng)建立幾何模型并劃分網(wǎng)格,討論了亞聲速與超聲速下流場(chǎng)對(duì)機(jī)體蒙皮的氣動(dòng)加熱效果與蒙皮溫度分布。同時(shí)建立了軸對(duì)稱矢量噴管的3D幾何網(wǎng)格與拉瓦爾—收縮擴(kuò)張噴管的2D網(wǎng)格,對(duì)兩種噴管下尾流場(chǎng)的溫度與組分分布進(jìn)行了討論,并比較了Fluent軟件中不同湍流模型下尾焰的計(jì)算結(jié)果。最后根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)求解得到的數(shù)值建立了飛機(jī)目標(biāo)蒙皮與尾焰的紅外輻射模型,得到了3-5μm連續(xù)波段內(nèi)飛機(jī)目標(biāo)頂視方向與... 

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Su27機(jī)體蒙皮與流場(chǎng)網(wǎng)格

為了節(jié)省計(jì)算資源，對(duì)機(jī)體進(jìn)行了對(duì)稱劃分，蒙皮的面網(wǎng)格數(shù)量為 211 萬(wàn)。蒙皮與流場(chǎng)相交的邊界層網(wǎng)格如圖 3.8 所示。圖3.8 蒙皮-流場(chǎng)邊界層網(wǎng)格邊界層網(wǎng)格是指在計(jì)算域中與固體壁面垂直的數(shù)層正交性較好的網(wǎng)格。在 3.1.2節(jié)已經(jīng)敘述了邊界層的流體力學(xué)機(jī)制，由于粘性的作用，在邊界層內(nèi)流體具有很大的速度梯度，因此在 CFD 求解中，邊界層網(wǎng)格與壁面的正交性需要得到很好的滿足。在邊界層網(wǎng)格的劃分過(guò)程中，尤其要注意第一層網(wǎng)格的高度。從式(3-10)可以看出，湍流邊界層內(nèi)層的粘性力與平均速度梯度基本成線性關(guān)系，因此將第一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)設(shè)置到湍流邊界外層中，內(nèi)層采用經(jīng)驗(yàn)公式壁面函數(shù)計(jì)算能極大的減少計(jì)算量。

w 為式(3-10)中的層流粘性力，引入雷諾數(shù)，可以得到第一層網(wǎng)格高度 y ：*yyu (3-14)式中，y 是無(wú)量綱量，其取值根據(jù)雷諾數(shù)大小選擇，不同湍流模型的 y 值不同，通常在高雷諾數(shù)下取 30，低雷諾數(shù)下取 1。在得到第一層網(wǎng)格高度后，選定網(wǎng)格比率與層數(shù)即可進(jìn)行邊界層網(wǎng)格劃分。在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中又將邊界層網(wǎng)格稱為棱柱層網(wǎng)格。圖 3.8 中，設(shè)定飛行速度 1.2Ma，邊界層網(wǎng)格的第一層網(wǎng)格高度為48 10 mm。圖 3.9 為 F16 機(jī)體的蒙皮網(wǎng)格�？紤]將這一模型放入機(jī)體-尾焰的一體化流場(chǎng)中，因此蒙皮網(wǎng)格精度相對(duì)較低，面網(wǎng)格數(shù)量為 42 萬(wàn)，而在尾焰流場(chǎng)部分進(jìn)行了網(wǎng)格加密。

【參考文獻(xiàn)】：
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