航空发动机台架红外辐射特性测试技术研究

航空发动机作为航天航空飞行器的高温核心部件,贡献了整个飞行器的红外辐射强度,其中3～5μm的中波段、以及8～14μm的长波段是主要辐射波段,基于其红外辐射强度测定分析的重要意义,同时基于GJB 241中关于红外辐射特性测试鉴定需求,考虑到环境、气象、测试设备等因素的影响,建立了一套能应用于航空发动机台架整机红外辐射特性测试试验方法,并应用于某发动机测试试验,试验结果表明,提出的测试试验方法能够满足该发动机红外辐射测试需求,获取了该发动机不同波段下典型的红外光谱曲线,获取了相关测试经验,为后续研究积累了一定基础。     

喷气发动机红外辐射成像测试、处理与评估

航空喷气发动机的红外辐射特性是对发动机进行隐身设计与反隐身探测的重要依据。首先,针对发动机高温部件及燃气温度范围宽、梯度大而超出红外热像仪响应范围的问题,提出了多积分时间组合测试方法,实现了不失真测试;其次,通过多帧时间平均方法分析了各积分时间对应的测温范围,并采用逐像素辐亮度值替代方法,获得了代表发动机全部辐射信息的合成图像;最后,根据合成图像计算了发动机红外辐射强度,并与相同测点的红外光谱辐射仪测试结果进行对比,最大误差不超过10%。结果表明:基于红外热像仪的多积分时间组合测试方法及其数据处理方法是合理有效的。     

隐身飞机红外辐射特性测试评估方法探讨

针对隐身飞机研制和作战使用研究的需要,对隐身飞机红外辐射特性的测试评估方法进行理论探讨。阐述了将理论分析、数值仿真和实验测试相结合的隐身飞机红外辐射测试评估理论,给出了一种兼顾实时性与精确性,能够全面反映飞机隐身性能的评估方案,即通过数值计算找出隐身技术、干扰环境、飞行状态对飞机红外辐射特征的影响规律,通过实验对影响规律进行了验证和完善,由此建立隐身飞机红外辐射特征评估软件,说明了其中应解决的关键问题。应用该测试评估方法建立了F-22隐身飞机的快速成像仿真软件,将软件生成的红外图像与实拍图像相比较,初步证明了该方法的可行性和有效性,并评估了部分隐身技术对图像特征的影响。     

BMC 法计算航空发动机红外辐射的效率研究

反向蒙特卡罗(BMC)法的计算精度高、适应性强,是计算目标红外辐射特征的常用方法。基于CFD 和IR 综合计算分析的方法,研究了射线步长、射线数、射线携带能量方式等因素对BMC法计算航空发动机红外辐射强度的效率的影响。结果表明:射线步长与喷管出口当量直径比在0.05~0.1的范围内,射线数达到105量级时的计算效率较高;采用射线携带多个波段能量的方法,计算时间可缩短数十倍;通过MPI平台实现了并行计算,进一步缩短BMC法的计算时间,但并行效率随着计算核心的增加而下降。在保证计算精度的前提下,通过合理地选择参数、算法改进和并行计算,提高了计算效率。     

直升飞机近区红外辐射特性测试技术研究

首先介绍了直升飞机发动机结构的特点,工作原理和直升机红外辐射特性,进而根据武装直升机的空战特点和导弹与目标的引战配合要求,简要介绍了速度－空间－时间坐标系统（ＳＫＳ）模型。文中还详细分析了地面模拟测试的理论根据和测试轨道的铺设原理,从而探索研究出了一套对直升机的近场红外辐射的测试方法,并通过对比分析,证明了该方法的可行性和可使用性。     

某型航空发动机维护系统的设计

研究了航空发动机维护系统的设计。该系统由空气起动系统、燃油供应系统、试车架、点火控制系统和信号采集测量等分系统组成。试验证明该系统工作稳定、操作简单,能够很好的满足某型航空发动机的维护要求。     

基于一维光子晶体的目标红外辐射特性控制

随着红外目标探测和精确制导技术的广泛应用,传统军事目标面临严峻的生存压力。为此,各主要军事强国采取多种措施,竞相发展目标红外辐射特性控制技术,以降低被红外探测系统捕获的概率,达到红外隐身目的。光子晶体是一种人工超颖材料,可以根据需要,通过灵活地设计其结构,改变光子在其中的传输特性。文中运用一维光子晶体带隙理论,设计了一种控制目标红外辐射特性的结构,详细给出了设计方法。计算结果表明对3~5μm和8~12μm两个红外大气传输窗口,该结构对红外辐射的抑制最高可分别达到29和21dB,具有很好的红外辐射特性控制性能。本文所述方法除为飞行器提供红外隐身设计参考外,还可用于攻防对抗仿真中红外隐身目标特性的模拟。     

航空发动机红外辐射实验与仿真

为研究航空发动机红外辐射分布规律和尾焰红外辐射特征,对地面试车条件下的某型发动机进行了红外辐射特性测试实验。实验结果表明:发动机红外特性在不同的Ma 数下变化较小,但因低压压气机出口的温度随飞行Ma 数增大而升高,发动机外壁面的红外辐射随之增加;发动机混合室璧面红外辐射最为强烈,其红外辐射强度随飞行Ma 数的增大呈非线性增大;尾焰的红外辐射呈现梨形包络,发动机在后方的辐射明显强于前方。在地面试车条件下,文中开发的尾焰红外辐射仿真程序的计算结果与实测结果基本吻合,相对误差不超过15%,并且其空间分布基本一致。     

固体壁面红外辐射特性的研究

在飞行器红外隐身技术中,研究固体壁面的红外辐射特性十分重要,该红外辐射特性又与法向全发射率和红外辐射光谱的测量密切相关。本文介绍用参比法测量法向全发射率及用光栅单色仪测量红外辐射光谱的实验方法并对测试结果进行分析。     

无人侦察机红外辐射特性测试与视距估算

采用长波测温热像仪及光谱辐射计,测试研究了某型短程固定翼无人侦察机的红外辐射特性,给出了其静、动态光谱辐射特性及热场分布特征结果。根据约翰逊准则的判据,并采用坐标变换方法,将目标/背景温差曲线与MRTD曲线在同一坐标系中进行变换与数据拟合,求得某一典型气象条件下无人侦察机的被探测/识别距离。简要介绍了无人侦察机红外隐身的可能途径。试验数据为其隐身性能的改进设计提供了重要依据。     

末敏弹红外辐射特性及探测

末敏弹作为一种新型攻击坦克装甲目标的武器,已成为国内外发展的重点弹药。对末敏弹进行探测,采取必要的应对措施,对于提高坦克装甲目标的生存几率具有重要意义。在介绍末敏弹工作原理的基础上,分析了末敏弹的红外辐射特性及其探测方法。结果表明:由于末敏弹载体不同,从而使末敏弹的初速差别很大,其红外辐射的峰值波长随初速的增加从长波红外波段移向中波红外波段,在探测末敏弹时,要根据末敏弹红外辐射特性和探测器的响应特性选择探测器,而且在探测时,由于末敏弹为弱小目标,要求探测系统具有较小的瞬时视场。     

点目标的红外辐射特性测量方法

首先给出了红外辐射特性测量的基本原理,对于点目标,由于光学系统的衍射作用,经过光学系统成像为一个弥散斑,由于弥散的原因,点目标的辐射特性测量精度一般都非常低,针对这种情况,提出了一种基于辐射能量守恒的点目标辐射特性测量优化算法,给出了算法的具体原理和实现过程;最后,为了验证算法的有效性,在实验室里利用平行光管和点目标模拟装置进行了点目标辐射特性测量实验,并对试验结果进行了系统分析,结果表明,经过优化算法后,点目标的辐射测量精度优于10%,表明点目标辐射特性测量优化算法在实际应用中有很广泛的前景.     

通用飞机复合材料红外成像无损检测技术

复合材料在通用飞机中使用率高,多种机型高达90%以上,因此复合材料的缺陷会严重影响飞行安全性。本文设计了一种基于红外成像检测技术的飞机复合材料的缺陷精准检测方法及原型无损检测系统。无损检测系统由数据采集系统、信号源组、红外热像仪组、红外图像处理重构系统等组成,可实现对飞机复合材料结构中缺陷类型及平面尺寸的辨识和深度的准确定位。搭建了光激励型红外成像飞机复合材料检测系统,对复合材料进行了不同温度的检测试验并给出了研究结果。此研究结果将扩展国内红外无损检测技术的使用场景,成果转化后将有利于解决飞机在通航中维修保养问题。     

一种航空发动机喷流红外成像仿真模型

分析了红外热像仪面阵单元接收的辐射通量,该分析表明红外热像仪面阵各单元间的辐射通量差异只与其瞬时视场的辐射亮度有关。以此为依据,开发了发动机喷流的红外成像仿真模型。根据热像仪与喷流的位置,建立喷流的圆柱包络体,从面阵单元引出瞬时视场视线,求出视线与包络体交线。利用辐射传递方程计算了视线所穿透喷流的辐射亮度,其中非均匀气体透过率计算采用了Malkmus统计窄谱带模型结合CG近似的方法。然后将辐射亮度转换为灰度级,并根据伪彩色编码,对各面阵单元对应的图像像素点赋RGB值得到喷流红外热像,伪彩色编码采用了彩虹编码。最后,以某型发动机的喷流为研究对象,在流场分析给出静压、静温和组分摩尔分数的基础上,计算了正侧方两种距离下喷流的红外仿真图像。红外仿真图像表明该模型能够准确扑捉喷管处于不完全膨胀状态时,喷流的膨胀波和压缩波组导致的局部辐射亮度的变化。     

航空发动机电气附件绝缘故障分析与性能测试

绝缘性能是航空发动机运行及维护中的一项重要指标,关系到飞机的飞行安全。针对航空发动机电气附件两类关键的绝缘故障进行了仿真分析,明确了绝缘电阻值与绝缘性能间的关系。在此基础上,设计航空发动机电气附件绝缘性自动测试系统。系统采用硬件设备与上位机软件控制相结合的模式。硬件系统包括高阻测量模块、控制模块、动态组合切换模块及转接线缆等。软件系统采用基于不同型号发动机数据库的组件化程序设计思路,实现硬件模块间的通信控制、测量逻辑控制、绝缘性测量回路建立、人机交互及数据报表生成与存储等功能。该系统可一机多用,配合相应的转接线缆,可实现全部型号发动机的绝缘性自动测试需求,测试精度与测试速度得到大幅提高。     

某型涡扇发动机红外抑制方案数值研究

建立了带有波瓣混合器、加力燃烧室及中心锥的涡扇发动排气系统流场计算模型和3~5 m波段红外辐射特性仿真模型,并通过发动机地面辐射特性测试对计算模型进行验证。对降低壁面发射率、部件冷却及两种方案结合三种红外辐射抑制方案开展研究。结果表明:降低壁面发射率能抑制除90外所有方向的红外辐射;在0时,发射率每降低0.15,全部涂覆的抑制效果提高约16%;局部涂覆的抑制效果提高约14%;中心锥温度降低300 K,0~15的辐射抑制幅度达44%;喷管扩散段温度每降低25 K,在50方向能产生8%的抑制效果;当两种方案结合时,在0~5能够产生80%的抑制效果。在10~40产生50%的抑制效果。随着探测角进一步增大,固体辐射所占比例下降,抑制效果降低。     

地面背景的红外特性模型

针对景象匹配中实时红外基准图获取获取困难、精度受气象条件影响较大等问题,提出了一种关于地面背景表观温度的理论计算模型.确定影响模型精度的主要因素,通过对大量实验数据的比较分析,筛选其中关键数据并对模型主要影响因子的系数进行拟合.以道路、草坪为例进行特性分析和仿真计算对模型进行验证.计算结果表明:该模型可以反映此类背景表现温度的变化情况,实现了快速计算地面背景温度的目的,为实时红外基准图的仿真提供了理论基础和技术途径.