高超声速再入试验的辐射光谱定量测量

利用膨胀管对宽度为45 mm和90 mm的半圆柱模型进行了地球再入高超声速流动试验,再入速度为8 km/s。试验利用配有ICCD相机的光谱仪,测量了具有空间分辨的激波后辐射光谱,光谱范围为250~550 nm,得到了沿流体方向的激波辐射轮廓线。分析发现在该光谱范围内辐射主要为CN(B-X)带系分子光谱。利用卤钨灯对该波段光谱进行定标,得到了激波层辐射的绝对辐射亮度。通过采用两种模型辐射亮度对模型宽度归一化后发现,绕流场高温气体辐射存在较强的自吸收现象,同时观测到了绕流场激波的三维效应。通过实验发现,CN(B-X)Δv=0带系的3-3振动带系385.2 nm波长位置和0-0带系388.4 nm波长位置辐亮度之比随着流场靠近模型边缘而逐渐下降,这表明激波层内辐射的动态非平衡特征。     

高速钝锥体非平衡绕流场光辐射特性模拟

本文首先采用CFD-FASTRAN软件对RAM-CII钝锥体试验飞行器热化学非平衡绕流场参数进行了模拟分析,其次采取多温度模型结合逐线法获得非平衡绕流场吸收、发射系数,最终采用视在光线法LOS对RAM-CII飞行器全流场光辐射特性进行了模拟,分析表明:头部激波层紫外（0.2～0.4μm）辐射最强,要比尾迹流区高3个数量级以上,正侧向观测辐射强度比迎头观测时要大接近1个数量级;同一方向不同高度总的光谱辐射亮度差别不大,但正侧向观测的光谱辐射亮度比迎头方向观测略大;绕流场红外（2～5μm）辐射以CO₂分子2.7、4.3μm谱带发射为主,但总体上看红外光谱辐射亮度相较于紫外要小3个数量级。     

晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型

 利用大气光学质量和大气气溶胶光学厚度的经验公式,由HITRAN数据库获得大气分子谱线参数,基于辐射传输方程,给出了晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型。根据该近似计算模型对晴朗无云天空光谱辐射亮度进行的计算结果表明：天空光谱辐射亮度曲线上存在明显的O₂和H₂O吸收线;晴朗无云天空辐射的光谱分布偏蓝,天空亮度主要集中在短波段部分;太阳角小的天空光谱亮度出现“红移”现象;由于大气厚度变大,近地平的天空辐射亮度较大。     

复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响

为了定量研究复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响,建立了一个可以计算液体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型.首先,使用FLUENT软件计算液体火箭尾焰复燃流场,其中尾焰中的复燃反应使用有限速率化学反应模型计算;然后,使用基于HITEMP数据库的窄带模型计算尾焰内气体的辐射参量;最后,使用有限体积法求解尾焰中的辐射传输方程.通过比较该模型计算的Titan ⅢB尾焰光谱辐射强度与(美国)国家航空航天局公布结果的一致性,证明了该模型的正确性.最后,利用该模型计算了复燃对某液体火箭尾焰光谱和波段红外辐射强度的影响,结果表明,复燃反应可以显著增加尾焰红外光谱辐射强度,在2.5～3.0 μm和4.2～4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了30.8％和28.3％,所以,在计算液体火箭尾焰准确的红外辐射特性时,需要考虑复燃的影响.     

复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响

为了定量研究复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响,建立了一个可以计算液体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型.首先,使用FLUENT软件计算液体火箭尾焰复燃流场,其中尾焰中的复燃反应使用有限速率化学反应模型计算;然后,使用基于HITEMP数据库的窄带模型计算尾焰内气体的辐射参量;最后,使用有限体积法求解尾焰中的辐射传输方程.通过比较该模型计算的Titan IIIB尾焰光谱辐射强度与(美国)国家航空航天局公布结果的一致性,证明了该模型的正确性.最后,利用该模型计算了复燃对某液体火箭尾焰光谱和波段红外辐射强度的影响,结果表明,复燃反应可以显著增加尾焰红外光谱辐射强度,在2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了30.8%和28.3%,所以,在计算液体火箭尾焰准确的红外辐射特性时,需要考虑复燃的影响.     

微腔面发射器件外量子效率研究

结合微腔面发射器件辐射/发光亮度的空间分布以及相对光谱功率分布给出了器件外量子效率的计算模型. 该模型可以计算工作于不同波段的微腔面发射器件的外量子效率,如红外波段的垂直腔面发射激光器,可见光波段的微腔有机发光二极管和谐振腔发光二极管以及太赫兹波段的平面微腔结构等. 制备了结构为玻璃/DBR /ITO /NPB /Alq ∶C545T/Alq/LiF/Al的微腔有机电致发光器件,测试其不同观察角度下器件的发光亮度以及发光光谱. 当电流密度和发光亮度分别为14 A/m²和100 cd/ 关键词： 外量子效率 平面微腔器件 辐射/发光亮度空间分布     

基于光学厚度的云红外辐射计算

 为了研究不同物理厚度和不同波段下云的红外辐射特性,提出了基于光学厚度的云红外辐射计算方法。综合考虑云的红外辐射的各个因素,建立了较为完善的云的红外辐射模型,引入光学厚度经验计算公式,并根据光学厚度针对中波和长波红外分别计算了云的发射率、反射率和透过率,进而得到云的红外辐射亮度分布。利用该计算方法,计算了中波和长波红外云的辐射亮度数值,计算结果表明：随着光学厚度增大,云的发射率和反射率增大,探测器接收到的云红外辐射增强。比较发现,该计算结果与实测数据有较好的一致性,该计算模型可以为云背景的红外特性分析、探测及仿真提供参考数据。     

隐身飞机尾焰的红外辐射特性

隐身飞机尾焰的红外辐射是隐身飞机探测的主要辐射源.本文提出了一种新的隐身飞机尾焰红外辐射特性计算模型.该模型以普通飞机尾焰红外辐射特性计算模型为基础,进而考虑红外隐身措施的影响,间接实现隐身飞机尾焰的红外辐射特性的计算.计算模型分别考虑了隐身飞机的二元喷口、引射技术、红外遮蔽云以及遮挡对尾焰辐射的影响.计算结果得出,添加隐身措施后尾焰辐射强度仅为添加前辐射强度的5.8%.针对隐身飞机尾焰红外辐射特性很难获取的问题,将计算结果与喷灯燃烧航空煤油的光谱峰位数据进行了比较,实验结果显示隐身前后辐射能量量级变化与国外文献相同,表明该模型可以用于隐身飞机尾焰红外辐射特性计算.     

红外光谱辐射亮度测量中温度均匀性和源尺寸效应的研究

在已有的紫外、可见和近红外波段的光谱辐射亮度国家基准的基础上，将光谱辐射亮度的测量范围向红外波段扩展，建立2 μm～14 μm红外光谱辐射亮度计量基准装置，可为遥感对地观测、气候变化、目标识别、材料发射率测量等领域的红外光谱辐射定标提供技术支撑。针对红外光谱辐射亮度测量中的温度均匀性和源尺寸效应进行研究，通过定制光阑或限制所用腔口位置实现了温度均匀性的提升；采用光学仿真、增加光阑和简化光路等方法进行了系统源尺寸效应的分析和抑制，有效地降低了源尺寸效应的不确定度。下一步将对系统的非线性效应等参数进行研究，并对整套系统的不确定度进行评估。     

空间目标探测与识别的波段选择

介绍了根据目标的反射率实验测量和大气光谱特征对大气层外目标进行探测的波段选择方法.测量出样品及标准板的反射光强度,计算出样品的光谱反射率,在考虑空间目标自身的辐射强度、光谱反射率、背景大气的辐射亮度、目标-背景对比度、不同波段斜程透过率等诸多因素后进行波段选择.利用MODTRAN大气传输模型计算了目标亮度、背景大气的辐射亮度、对比度以及不同波段斜程透过率的典型光谱特征、并进行光谱特征分析,综合考虑目标的视亮度以及对比度,结果表明0.76～0.90 μm是包覆黄色镀铝聚酯薄膜的目标最佳探测波段,0.52～0.60 μm是包覆银色镀铝聚酯薄膜的目标最佳探测波段.     

Z箍缩动态黑腔形成过程MULTI程序一维数值模拟

Z箍缩动态黑腔能够高效地将Z箍缩丝阵等离子体动能转换为黑腔辐射能,为驱动惯性约束靶丸聚变提供高品质的X射线辐射场.利用一维双温多群辐射磁流体力学程序MULTI-IFE,研究了"聚龙一号"装置驱动电流条件下的Z箍缩动态黑腔形成基本物理过程.数值模拟结果表明,在动态黑腔形成过程中,辐射热波的传播速度比冲击波的传播速度更快,比冲击波更早到达泡沫中心,使中心区域的泡沫在冲击波到达前就已具有较高的辐射温度.对于"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次采用的负载参数,辐射热波和冲击波在泡沫中的传播速度分别约为36.1 cm/μs和17.6 cm/μs,黑腔辐射温度在黑腔形成初期约80 eV,在冲击波到达泡沫中心前可达100 eV以上,丝阵等离子体外表面发射的X射线能量集中在1000 eV以下.本文给出了程序采用的计算模型、美国"土星"装置丝阵内爆计算结果和"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次模拟结果.     

Infrared spectral radiative properties of high temperature gas with multi-component

The shock layer of high-speed missiles is a highly uneven gas medium with multi-component and high temperature. Its spectral radiation effects degrade and distort the remote sensing images of infrared sensors. The exact numerical calculating method of the shock wave thermal radiation noise has been developed in this paper. With the multi-temperature model and the rectangular grid recursive method of ray tracing, atomic-molecular absorption and emission spectra of CO₂, H₂O and N₂ were obtained along the line of sight along the seeker detectors. Based on image degradation evaluation criteria and the wind tunnel experimental results, how images blurred by the proposed model were verified. The relations between the shock wave thermal radiation noise and flow parameters were also analyzed. For the 3–8 μm infrared band, shock wave thermal radiation noise is little effected by flight altitude, and close relations with Mach number, as the empirical formula given.     

Van der Waals molecules and collision pairs of noble-gas atoms ahead of a shock wave front

The effect of creation of an excess concentration of free electrons in an anomalously thick layer (≈5 cm) ahead of an explosively driven shock wave in noble gases is discussed and interpreted. This effect is the ionization of excited 1_u-state molecules produced due to the absorption of a small intensity flux (as compared to the ionization one) of photons (with energies substantially lower than the atom ionization threshold) by unexcited colliding complexes and van der Waals molecules. A model is proposed which explains the excitation of xenon molecules ahead of the radiationless shock wave of an open discharge. The absorption spectra of colliding complexes and van der Waals molecules adjacent to each other near the atomic absorption lines can be resolved into two spectra, and these spectra can be changed by an increase in gas temperature. As a result, radiation capable of exciting van der Waals molecules penetrates through the shock wave of an open discharge and excites xenon molecules there. The present work develops further the knowledge concerning the radiation energy transport in the shock wave front. It also proves that in front of an explosively driven shock wave a great number of excited molecules of noble gases are actually formed, and this means considerable progress toward a VUV laser with optical pumping. Translated from Preprint No. 56 of the P. N. Lebedev Physical Institute, Moscow, 1993.     

金属冲击温度测量中金属/窗口界面表观光谱辐亮度的再研究

 在冲击压缩下，理想接触的金属/窗口界面温度历史是时间无关的，因而一般认为界面的表观光谱辐亮度也是时间无关的。研究表明：（1）在冲击压缩下，将伴随金属对光的吸收系数减小和光学厚度增大。因此，在考虑辐射输运效应后，理想接触的金属/窗口界面处的表现光谱辐亮度是时间相关的。非常明显的时间相关过程自冲击波到达界面后持续约10 ns。（2）若把存在空间温度梯度的金属界面辐射看作是透光厚度内平均温度的等效辐射效应，其结果与辐射输运效应的计算结果是很相近的。     

Investigation of ultrafast laser-driven radiative blast waves

We have examined the evolution of cylindrically symmetric blast waves produced by the deposition of femtosecond laser pulses in gas jets. In high- Z gases radiative effects become important. We observe the production of an ionization precursor ahead of the shock front and deceleration parameters below the adiabatic value of 1/2 (for a cylinder), an effect expected when the blast wave loses energy by radiative cooling. Despite significant radiative cooling, the blast waves do not appear to develop thin shell instabilities expected for strongly radiative waves. This is believed to be due to the stabilizing effect of a relatively thick blast wave shell resulting in part from electron thermal conduction effects.     

X光辐射在泡沫介质中超声速传输研究进展

X光辐射输运过程通过光子的发射与吸收使能量在介质内进行再分配,而光子的辐射和吸收过程对从介质内出射的能谱产生十分显著的影响。辐射输运由积分-微分方程来描述,得到它的解极其困难,这是因为此方程依赖于局域和非局域的条件。当外加的非局域的X光辐射场作用在介质上一个强的X光辐射能流时,介质的局域温度和密度将影响X光的吸收和发射。本文将对辐射输运的方程和基本理论进行阐述,并对辐射超声速传输的实验结果进行评述。首先,介绍辐射在介质中的传输的理论基础以及简化分析模型;其次,对辐射在介质中扩散超声速输运进行解析分析,我们首次导出辐射的超声速传输条件下的辐射能流与物质能流之比与马赫数和光学厚度的定量关系;最后,介绍国外的主要实验结果,同时也给出我们近期的研究结果。我们的实验结果表明,不同能区的光子因辐射不透明度不同使得在介质中的传播时间不同,并且实验测出光学厚度。     

100 GPa以上冲击压力区蓝宝石的近红外发光

采用三层夹心靶结构,利用铜箔与抛光蓝宝石之间良好的接触条件,使用辐射式高温计观测到c取向蓝宝石在130～172 GPa冲击高压下的红外辐射。实验信号显示,位于近红外波段的蓝宝石冲击辐射随着压力的增加而变强;强度对比显示,蓝宝石的近红外发射强于界面发射。基于冲击作用下滑移带的温度高于冲击平衡温度的概念,将蓝宝石体内滑移带温度作为蓝宝石发射温度代入线性吸收公式,从而将蓝宝石发光强度的增加和界面冷却引起的发光强度下降相结合;将得到的界面一蓝宝石发射强度数值模拟结果与实验结果相比较,发现二者能够重合。由实验信号的上升趋势得到三个压力下0.85μm近红外波长处蓝宝石的冲击吸收系数数值。     

Observation of a hydrodynamically driven,radiative-precursor shock

Observations of a radiative-precursor shock that evolves from a purely hydrodynamic system are presented. The radiative precursor is observed in low-density SiO2 aerogel foam using x-ray absorption spectroscopy. A plastic slab, shocked and accelerated by high-intensity laser irradiation, drives the shock which then produces the radiative precursor. The length and temperature profile of the radiative precursor are examined as the intensity of the laser is varied.     

各向异性材料中二维X射线诱导热击波的数值模拟

建立了正交各向异性材料二维率相关的弹塑性本构模型,采用有限元方法编写程序,对X射线辐照各向异性材料碳酚醛平板时诱导的热击波进行了二维数值模拟,讨论了热击波的传播规律.结果表明,在软X射线和硬X射线的辐照下,材料中的X射线热击波表现出不同的形貌,材料中热击波形成的机理、热击波峰值、X射线穿透深度、汽化现象、拉伸强度等方面...     

神光Ⅱ上柱形黑腔辐射驱动冲击波

利用神光Ⅱ的八路三倍频激光装置，驱动柱形黑腔产生的x 射线作辐射源驱动台阶铝样品产生冲击波，获得了清晰的冲击波图像，通过冲击波过台阶样 品的时间差获得冲击波速度和压力分别为31.2km/s和17.5×10⁵MPa.采用软x射线能谱 仪通过激光注入孔测量的辐射温度与采用冲击波法测量辐射温度的结果一致. 关键词： 冲击波 辐射驱动 辐射温度