动力飞行体电磁脉冲效应数值分析

 利用时域有限差分方法模拟了在不考虑等离子体高温尾焰情况下,电磁脉冲与动力飞行体的相互作用。计算结果表明：在入射电磁脉冲的作用下, 飞行体蒙皮上将感应很大的皮电流; 感应电流密度的波形为衰减振铃信号波形,振铃周期等于电流波在整个飞行体长度上流动两次的时间;感应皮电流密度分布的特点是飞行体两端电流密度小,中部大。     

时域电场积分方程在求解架空屏蔽电缆蒙皮电流中的应用

 时域电场积分方程是研究电磁辐射及散射等问题的重要方程。在数值计算中，该方程方法只需将散射体进行剖分，而不必将剖分推至整个计算域内进行，计算效率较高。将时域电场积分方程方法引入到电磁脉冲作用下架高屏蔽电缆蒙皮电流的计算中，研究了电缆的蒙皮感应电流分布及波形特征。通过与辐射波电磁脉冲模拟器的实验结果的比对，证明了数值结果的可靠性。     

迎头方向隐身导弹红外辐射特性分析北大核心CSCD

隐身导弹应用红外隐身技术将降低导弹被红外探测系统的发现概率。通过以AGM-158C导弹为参考,对迎头观测方向目标的红外辐射特性,包括目标蒙皮、目标蒙皮反射周围背景和目标尾焰的红外辐射强度进行估算,并与典型亚音速导弹红外辐射特性的数据进行对比分析。分析结果表明:红外隐身技术可以明显降低导弹的中、长波红外辐射,尤其是中波波段的红外辐射;红外探测系统设计时尾焰探测通常选用中波红外探测器,弹体探测通常选用长波红外探测器;隐身导弹采用红外隐身技术将提高导弹的突防能力。     

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.     

空中目标多波段红外辐射特性描述与仿真分析

针对空中目标在复杂背景下的探测需求,根据实际目标的运动特性,分析目标在飞行高度、飞行姿态角改变时的辐射特点,基于MODTRAN计算得到大气辐射和衰减数据,建立目标的三维模型、热辐射和反射模型,搭建空中目标的红外成像仿真系统.分析和仿真结果表明:在中波波段,目标尾焰的红外辐射比蒙皮强很多,在长波波段,蒙皮的红外辐射比较强,仿真图像的细节比较多,尾焰的红外辐射虽然有所减弱,红外成像效果依旧很好;相同探测条件下,由于位置越高大气越稀薄,探测器的可探测距离会变得比较远.目标红外辐射特性的分析和红外仿真系统的搭建对缩短红外探测器的研制周期和进一步确定探测器波段和系统分辨率等指标提供了参考依据.     

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.     

自然闪电条件下敷地线缆耦合试验

研制了一套能够同时测量线缆皮线和芯线感应电流的试验系统,研究自然闪电条件下敷地线缆的耦合问题。结果表明:不同位置处的线缆皮线感应电流波形基本一致,但幅值存在一定差异,说明感应电流空间分布不均匀; 所测线缆芯线和皮线感应电流的时域波形和频谱比较相似,能量集中在1 kHz~1 MHz之间; 正负地闪芯线感应电压波形均为单一脉冲型,波形持续时间10~49 μs; 正地闪线缆感应电压的幅值范围及幅值平均值都大于负地闪相应结果,说明正地闪产生的线缆耦合作用大于负地闪; 不同雷电过程的线缆感应电压幅值与磁感应强度有较小的相关性,而同一雷电过程则基本成线性关系; 正地闪线缆感应电压波形持续时间、半峰值宽度、10%~90%上升时间的范围及均值都比负地闪的要大。     

化学反应机理对液氧煤油发动机尾焰红外特性影响研究

提出了一种液氧煤油发动机尾焰红外辐射特性计算方法,首先采用计算流体力学软件对液氧煤油发动机内流场进行计算,然后以获得喷管喉部截面参数作为入口边界条件计算发动机尾焰流场,最后以发动机尾焰流场参数分布为基础,采用有限体积法对发动机尾焰红外光谱辐射特性和成像特性进行计算,并对比验证了模型和方法的准确性。在此基础上,研究了化学反应机理和复燃反应过程对尾焰红外辐射特性影响。结果表明,采用多步化学反应能够准确模拟液氧煤油发动机内流场,温度相比热力学计算大3.34%,压力相比试车测量大2.89%;考虑复燃反应使尾焰红外辐射强度增强显著,在采用单步化学反应和多步化学反应两种工况下2~5波段红外辐射强度分别增大50%~100%和150%~170%,但不会影响尾焰红外光谱辐射特性和红外总辐射强度随探测角变化趋势;采用单步化学反应和多步化学反应都能够获得清晰结构的红外成像图像,但是前者2~5尾焰红外辐射强度要比后者增大90%~190%,且两种工况下发动机尾焰红外光谱辐射特性差别很大,尾焰红外总辐射强度随探测角变化趋势也不同。     

火箭尾焰对高频回波的影响及其频域能量凝聚检测方法

针对火箭尾焰喷射出的大量物质消耗大气中电子密度以及干扰高频电磁波传播的问题,本文从分析火箭尾焰高频雷达回波特性入手,重点研究了尾焰电磁特性和对高频电磁波衰减的物理机理,分析了尾焰雷达散射特性与尾焰高频回波产生的时机.在此基础上,提出了一种尾焰回波频域能量凝聚的目标检测方法.通过仿真实验和理论分析,得到了火箭尾焰高频电磁回波与海拔高度、尾焰电磁特性、电波频率、入射角之间的关系,所提检测方法能够及时有效检测火箭目标,并降低虚警和漏警概率.     

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.     

尾喷焰红外辐射特性的小波压缩

本文针对发动机尾喷焰的目标红外特性开展谱分析研究.采用热流法求解辐射传输方程,获得尾喷焰表观红外辐射特性仿真数据,应用多尺度小波分解红外光谱获得小波压缩系数.考察了不同小波函数及小波尺度下红外特性光谱的压缩效果.研究结果表明,基于小波的尾喷焰红外辐射特性光谱数据压缩方法是可行的,尾喷焰红外光谱主要信息基本保留,变量维数压缩可达10倍以上.     

固体发动机尾焰近红外高光谱计算与仿真

首先介绍固体发动机尾焰中钾原子的来源及其在尾焰中的辐射机理,并基于原子谱线理论对尾焰钾共振双线的光谱线型特征进行分析。然后,采用理想模型及半经验公式法对尾焰流场分布进行数值模拟,通过尾焰的流场参数使用C-G近似法数值计算尾焰钾共振双线的辐射特性。最后,利用大气辐射传输模型计算尾焰中钾共振双线辐射信号经过大气传输后到达探测系统的光谱特征。结果表明,该方法能有效地仿真计算尾焰近红外钾线高光谱精细结构。仿真结果亦表明钾共振双线光谱信号能有效通过大气传输,可作为尾焰探测识别的依据。     

固体火箭发动机低空羽流场的相似研究

本文针对固体火箭发动机低空羽流场的数据外推问题进行研究。应用相似方法分析发动机低空羽流场模型,整理相似准则及相似条件。简化相似模型,根据工程计算半经验方法,拟和低空羽流温度场的计算公式,计算结果与工程计算数据基本吻合,验证了相似方法的可行性。     

高超声速飞行目标尾焰红外辐射测量

为了研究超高声速飞行器发动机尾焰喷射高温高速气流的辐射特性,对尾焰成分CO₂及H₂O分子在4.3和2.7 μm大气窗口红外辐射波段进行了测量.利用高温燃气激波风洞模拟产生超高声速飞行器尾焰喷流,喷流速度M=5.5.实验中选用单元型InSb红外探测器,并利用黑体进行原位定标.测量距离为0.7 m,采用单透镜成像加光阑的方法收集光信号.实验中分别沿喷流方向喷流垂直方向进行了多点测量,通过定标结果反演得到尾焰在4.3和2.7 μm分别沿喷流方向和喷流垂直方向的光谱辐亮度和波段辐亮度分布,测量结果表明4.3 μm辐射强度及稳定性均高于2.7 μm.      

基于聚龙一号装置的超高速飞片发射实验研究进展

磁驱动加载技术通过脉冲功率源将超大脉冲电流加载到实验负载区,从而形成随时间平滑上升的磁压力,实现对样品的准等熵压缩和超高速飞片发射.本文基于聚龙一号装置的输出特性参数,依次从负载结构、电极尺寸、电流波形和诊断系统等方面,分别设计完成了两种负载构型的超高速飞片发射实验.其中应用单侧带状负载发射尺寸Φ10 mm×0.725 mm的LY12铝飞片速度达到11.5 km/s,磁驱动加载压力近0.9 Mbar.比较模拟计算与实验结果,飞片发射过程和最终速度基本一致.而进一步的模拟计算表明,优化的负载结构尺寸和电流波形调节方案下,将有望发射尺寸Φ8.5 mm×1 mm的铝飞片速度超过15 km/s.从模拟设计到实验开展,已初步掌握了基于多支路脉冲功率发生器的超高速飞片发射实验技术.     

“阳”加速器磁驱动平面飞片实验和速度计算校验

脉冲功率驱动源作为磁驱动加载的重要手段,通过调整其电路参数可调节负载电流波形,实现对样品无冲击准等熵加载。在"阳"加速器上,开展了一系列轴对称结构和带状结构构型的磁驱动平面飞片发射实验,电极材料采用不锈钢和LY-12铝。实验中测量了进入负载的电流历史和电极后自由面速度历史,并通过时序控制将两者时间关联起来。本文以测量到的电流历史数据为基础,引入负载电流分布系数,并结合已知的LY-12铝的状态方程数据,计算电极后自由面速度历史和飞片速度历史。通过实验测量自由面速度历史校验负载各个位置的电流分布系数。另外,基于装置参数和实验数据确定了考虑负载电感变化的装置等效电路模型,形成了计算样品压力加载历史和电极后自由面速度历史估算程序。此外,初步分析不同厚度电极的自由面速度历史,获取了电极材料的准等熵加载波剖面信息,观察到一系列准等熵加载下材料动力学性能引起的物理现象。     

磁驱动飞片发射实验结构系数初步研究

为了确定磁驱动飞片发射实验结构系数的范围、影响因素、结构系数与影响因素的关系，对聚龙一号装置上的磁驱动飞片发射实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明，磁流体力学程序能正确模拟聚龙一号装置上各个磁驱动飞片发射实验；磁驱动双侧飞片发射实验的结构系数为0.7～0.8；磁驱动单侧飞片发射实验的结构系数为0.80～0.85。磁驱动飞片发射实验的结构系数与实验加载电流无关，仅由磁驱动飞片发射实验的负载结构决定。磁驱动飞片发射实验的结构系数取决于阴阳电极极板的初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙以及阴阳电极上飞片厚度之和等三个因素。在磁驱动飞片发射实验中，电极初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙不变的情况下，结构系数由阴阳电极上飞片厚度之和确定，阴阳电极上飞片厚度之和越大，结构系数越大。     

Generation of laser-driven flyer dominated by shock-induced shear bands: A molecular dynamics simulation study

High-power pulsed lasers provide an ingenious method for launching metal foils to generate high-speed flyers for high-pressure loading in material science or aerospace engineering.At high-temperature and high-pressure laser-induced conditions,the dynamic response of the metals and the mechanism of flyer formation remain unclear.In this study,the overall process of the laser-driven aluminum flyer,including laser ablation,rupture of metal foil,and the generation of the flyer was investigated by molecular dynamics combined with the two-temperature model.It was found that under high laser fluence(over 1.3 J/cm;with 200-fs laser pulse duration),the laser induced a shock wave with a peak pressure higher than25 GPa,which led to shear bands expanding from the edge of the laser ablation zone in the foil.Compared with the cases of low laser fluence less than 0.5 J/cm^-1,the shear band induced by high laser fluence promotes the rupture of the foil and results in a high-speed flyer(>1 km/s)with better flatness and integrity.In addition,the shock wavefront was found to be accompanied by aluminum crystal phase transformation from face-centered cubic(FCC)to body-centered cubic structure.The crystal structure reverts with the decrease of pressure,therefore the internal structure of the generated flyer is pure of FCC.The results of this study provide a better understanding of the laser-induced shock effect on the foil rupture and flyer quality and forward the development of the laser-driven flyer.