军用UAV光辐射特征研究现状

在现代战场上,军用无人机(UAV)日益成为空中作战的主力航空武器装备,实现多波段隐身是提高其战场生存能力的重要途径。军用UAV的光辐射特征是其典型的可探测特征,掌握这些光辐射特征并对其进行相应的控制,是实现UAV光电隐身的关键。本文在概述军用UAV的战场应用以及面临的威胁的基础上,重点分析和综述当前军用UAV光辐射特征方面的研究现状,在借鉴有人驾驶飞机与导弹光辐射特征研究的基础上,归纳了军用UAV光辐射特征的研究方法,并展望了其发展趋势。     

闭合磁场的作用原理与布局逻辑

采用非平衡磁控溅射阴极在镀膜区间构建闭合磁场已经成为设计开发磁控溅射真空镀膜系统的通用手段,然而闭合磁场具体的作用对象、作用机制、闭合条件、布局逻辑以及作用效果等仍没有定量的判定标准或设计依据.本文从带电粒子在磁场中的运动出发,推导了真空室内电子与离子运动行为,得出闭合磁场的作用机制,并依此研究了磁控溅射阴极和离子源布局方式对电子约束效果和沉积效率的影响.结果表明,闭合磁场在真空室中主要通过约束电子来约束等离子体,进而减少系统内电子损失;阴极数量和真空室尺寸对闭合磁场的作用效果有重要影响.提出在真空室中央增加对偶离子源,研究了闭合磁场中阴极类型、旋转角度和磁场方向对电子的约束作用,发现当离子源正对阴极相斥或相吸时,真空室内分别形成了局部高密度和均匀连续的两种等离子体分布特征,边缘电子溢出比均低于3%,镀膜区的电子占比相对无对偶离子源时分别提高到53.41%和42.25%.     

先驱体成型压强对膨胀石墨性能的影响

为了实现石墨插层化合物在光电干扰领域的应用,对不同成型压强可膨胀石墨先驱体的微观形貌、膨胀体积及膨胀后的红外干扰性能进行了研究.制备了一系列压强下的成型样品,采用扫描电镜分析其微观形貌变化并用体视显微镜观察了由成型先驱体制得的膨胀石墨蠕虫的形貌.对各样品的膨胀体积进行了测量,并测试分析了各样品所得膨胀石墨对8~14μm波段红外的干扰性能.结果表明:可膨胀石墨先驱体受压成型后其鳞片和片层发生弯折、扭曲甚至碎裂,被打开的片层间距变小,插层结构被破坏;成型压强由0MPa增至50MPa,其膨胀体积由356mL/g减小到216mL/g,相应膨胀石墨的红外遮蔽率从0.87减小到0.42.因此,可膨胀石墨先驱体受压成型会破坏其形貌,其膨胀体积和红外干扰性能随着成型压强的增大而减小.     

长航时UAV蒙皮红外辐射强度的工程计算

无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）蒙皮的红外辐射特性是对UAV进行探测识别的重要依据,而UAV蒙皮的气动力加热、太阳辐射换热、地球辐射换热等是影响UAV蒙皮辐射特性的主要因素。在综合考虑了环境以及UAV自身辐射的情况下,建立了UAV蒙皮红外辐射的计算模型,采用向前差分法求出了UAV蒙皮的一维导热微分方程,并在此基础上,结合UAV蒙皮材料的发射率,计算了在某一平面上UAV红外辐射强度的分布情况。计算结果表明:蒙皮在8~14 m波段处红外辐射强度远大于3~5 m波段的红外辐射强度;相同波段处,蒙皮正上方的辐射强度大于正下方的辐射强度。     

膨胀石墨制备及其1.064μm激光消光性能

基于两步氧化插层先驱体法制备了不同膨胀体积的膨胀石墨,分析了先驱体、膨胀石墨的微观结构和微观形貌;利用静态测试系统测试了膨胀石墨对1.064 μm激光的消光行为,据此计算了其对1.064 μm激光的质量消光系数,得到了该系数与膨胀体积的依赖关系,并从消光机理进行了原因分析.结果表明:通过控制和优化先驱体合成条件,可以制得膨胀体积高达600 mL· g-1的膨胀石墨;两步插层导致先驱体的层间距(d002)明显大于天然石墨,当其d002从0.359 0 nm增至0.371 1 nm时,所得膨胀石墨的膨胀体积从267mL·g-1增至600mL·g-1;膨胀石墨平均质量消光系数与膨胀体积呈近似线性关系,当膨胀体积由233mL·g-1增至600mL·g-1时,该系数从0.20 m2·g-1升至0.48m2·g-1;膨胀石墨对1.064 μm激光呈非选择性散射,膨胀体积大,导致几何面积大,对1.064μm激光的散射能力增强;同时,膨胀石墨中出现了更深的孔隙或孔腔,可作为等效黑体增强对入射激光的吸收.     

还原石墨烯光学波段复折射率及消光性能研究

在对氧化和还原石墨烯近紫外到近红外波段反射率谱测量的基础上,利用Kramers-Kronig关系计算其复折射率,并反推反射率与光谱分析确定误差水平;运用T矩阵法计算其在该波段的吸收和消光效率因子,分析其消光和吸收性能.结果表明,反推反射率值与实测值误差在10~(-6)量级,且其吸收谱线特征与复折射率虚部吻合;还原石墨烯的可见光-近红外消光和吸收较强,但紫外消光和吸收较弱;氧化石墨烯在紫外-可见光波段的消光和吸收较强,但在近红外波段迅速减弱.因此,该计算方法在两种材料上适用,且氧化和还原石墨烯均可用作宽波段的光吸收或消光材料,但还原石墨烯近紫外波段以及氧化石墨烯近红外波段的性能有待改善.     

二元矩形喷管排气系统红外辐射特性

排气系统是飞行器最为主要的红外辐射源,而喷管的形状类型在很大程度上影响着排气系统红外辐射强度的大小及分布。文章建立了二元矩形喷管的三维模型,并在此基础上运用ANSYS软件模拟其排气系统的温度场分布,结合C-G谱带法对其尾流的光谱辐射亮度进行了计算,最后得到了二元矩形喷管排气系统在不同平面上的红外辐射强度分布。结果表明:二元矩形喷管外尾流在宽边探测面上的红外辐射强度要远大于窄边探测面上的;二元矩形喷管高温壁面在宽边探测面上的红外辐射强度要小于窄边探测面上的;二元矩形喷管排气系统在宽边探测面上的红外辐射强度要小于窄边探测面上的。     

先驱体成型对膨胀石墨激光消光性能的影响

可膨胀石墨是制备膨胀石墨(EG)的先躯体,压柱成型会对其膨胀所得EG的激光消光性能产生影响。为了优化其成型参数,将先驱体可膨胀石墨(GIC)采用不同压强压制成药柱,对其热膨胀特性及膨胀后所得EG的膨胀体积(EV)、蠕虫形貌、微观结构以及对1.064 m激光的消光性能展开了研究。结果表明:相较于松散态,成型GIC先驱体所制备的EG蠕虫变细、变短,孔隙率降低;成型压强由0 MPa增至50 MPa,其EV由356 ml/g减小到216 ml/g,所得EG对1.064 m激光的质量消光截面M由0.18 m2/g减小到0.04 m2/g,且在20～40 MPa时EV变化率仅为10.6%,M变化率同样很小。显然,存在对 EV及M影响较小的压强范围,因此,在EG工程应用中,为满足尽可能大的装药密度,GIC成型可考虑选该压强范围的上限值。     

利用ANSYS快速计算空中目标温度场(英文)

空中目标蒙皮温度场是形成目标红外图像的基本因素,掌握其瞬态或稳态分布特性与控制机制对于空中目标红外特征研究工作具有重要意义。通过分析控制蒙皮温度场的传热过程,建立了包括空中目标内部换热、蒙皮外气动对流与辐射换热的稳态耦合传热数理模型。在分析有限元数值计算方法及专业有限元法分析软件ANSYS的原理及特点的基础上,提出了利用ANSYS软件,运用有限元数值计算方法快速计算空中目标温度场的方法。并获得了巡航状况下目标蒙皮的温度场,分析了相关因素的影响。     

红外烟幕遮蔽率及其分布表征方法

目标与背景的辐射对比度是红外系统探测目标的主要依据,也是烟幕干扰重点降低的一个参量。结合辐射对比度的定义和红外定标原理,由目标和背景的视在辐射亮度引入其视在辐射对比度,并与目标和背景热像图的灰度值关联起来。利用烟幕遮蔽前后与目标和背景视在辐射对比度变化相对应的热像灰度对比度的变化,对烟幕遮蔽率进行表征。用提出的背景灰度方法对干扰实验结果进行了表征,计算得到3组试验的背景灰度值分别为91.902 4、88.002 0、33.285 6,并获得了目标区域各像元遮蔽率的直观分布图,克服了以往以点代面的评价方法。