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大气层内高超声速飞行器光辐射特性建模

作　者: 林妍
导　师: 董士奎
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 临近空间高超声速飞行器光辐射特性气动热高温空气红外辐射
分类号: V520.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

临近空间高超声速飞行器因其飞行速度快、机动性好等特性具有极高的军事应用价值。高超飞行器在大气层内飞行时本体辐射、激波层辐射、太阳反照等因素使其具有复杂的光辐射特征。因此从高超声速攻防对抗角度考虑,研究临近空间高超声速飞行器的辐射特性具有重要价值。基于以上背景,本文开展了典型高超声速飞行器红外光谱辐射特性理论建模和数值模拟研究,重点分析了飞行器在3-5μm和8-12μm波段红外光谱辐射特性。主要研究内容包括:1.高超飞行器表面温度工程计算采用工程算法计算高超声速飞行器气动热和壁面瞬态温度,并验证该算法的可靠性,最终得出典型飞行器在不同飞行高度、速度和环境下的壁面热流和壁面温度分布。2.高温空气组分辐射物性参数计算扩展已有的“高温流场光谱辐射特性参数计算软件”的计算能力,在电子跃迁红外辐射计算中加入NO分子11000埃电子跃迁带系,并将多原子分子振转跃迁红外辐射计算的温度区间由3000K扩展到8000K,并对以上计算过程加以验证,在此基础上对不同组分气体不同温度下的红外光谱辐射特性进行分析。3.高超飞行器光谱辐射特性反向蒙特卡洛法模拟在得出壁面温度分布和高温气体红外光谱辐射特性的基础上,编制高超声速飞行器的红外光谱辐射特性反向蒙特卡罗法模拟程序;计算并分析太阳反照、复杂外形典型结构间辐射交换对表观辐射特性的影响;获得高超声速飞行器在飞行过程中3-5μm和8-12μm波段红外光谱辐射特性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 国外研究现状  10-12
    1.2.2 国内研究现状  12-15
  1.3 本课题主要研究内容  15-16
第2章高超飞行器表面瞬态温度计算  16-31
  2.1 高超声速飞行器流场参数计算  16-19
    2.1.1 修正牛顿理论计算物面计算物面压力分布  16-17
    2.1.2 采用等熵条件计算边界层外缘参数  17-19
  2.2 球头钝锥气动热流热计算  19-21
    2.2.1 驻点气动热计算  19-20
    2.2.2 球锥面气动热计算  20-21
  2.3 壁面瞬态温度的工程算法  21-22
  2.4 高温空气的热力学特性和输运特性  22-25
  2.5 高超声速热流密度和瞬态温度计算结果及分析  25-30
    2.5.1 驻点热流密度的计算  25
    2.5.2 球头和锥体表面热流密度的计算  25-26
    2.5.3 球头钝锥壁面瞬态温度分布  26-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章高温空气组分辐射物性参数计算  31-51
  3.1 高温空气组分电子跃迁红外辐射特性参数计算模型  31-38
    3.1.1 电子跃迁红外辐射光谱参数计算  32-34
    3.1.2 电子跃迁能级数密度计算模型  34-35
    3.1.3 高温空气组分电子跃迁红外辐射特性计算  35-38
  3.2 高温气体振-转跃迁红外辐射特性参数计算模型  38-50
    3.2.1 高温气体振-转跃迁红外辐射谱线积分强度计算  40-41
    3.2.2 振动-转动配分函数计算  41-42
    3.2.3 谱线增宽与谱线线型函数  42-44
    3.2.4 高温气体振转跃迁红外辐射模型验证  44-47
    3.2.5 不同温度下气体组分振-转跃迁红外辐射光谱特性  47-50
  3.3 本章小结  50-51
第4章高超飞行器红外辐射特性反向蒙特卡罗法模拟  51-66
  4.1 反向蒙特卡罗法的理论基础  51-53
  4.2 反向蒙特卡罗法模拟的虚拟探测面概念  53-54
  4.3 高超飞行器红外辐射特性计算及分析  54-65
    4.3.1 反向蒙特卡罗法程序验证  54-56
    4.3.2 太阳反照辐射计算  56-57
    4.3.3 球头钝锥飞行器红外辐射特性模拟  57-62
    4.3.5 复杂外形飞行器典型结构表面间的辐射传递特性  62-65
  4.4 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-74
致谢  74

大气层内高超声速飞行器光辐射特性建模

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