舰船水雾水膜红外隐身技术的研究

发布时间：2020-07-26 17:26

【摘要】：红外探测技术和红外制导技术的迅速发展,使得水面舰船受到的威胁越来越大。而水雾水膜能有效衰减和遮蔽舰船的红外辐射,降低被敌方探测到的概率,提高其生存能力。论文对舰船水雾水膜红外隐身技术进行了深入研究,基于实验室的红外仿真软件模拟了水雾水膜的可视化效果,解决了实际应用中水雾水膜对辐射能量的衰减计算问题。主要研究内容如下:针对舰船水雾隐身技术的研究,为获得拥有最佳消光性能的水雾系统,建立了根据雾滴的最佳消光粒径来确定其尺寸谱分布函数的技术模型。采用Mie理论计算雾滴的消光效率因子,根据粒径对消光效率因子的影响实验得出最佳消光粒径,基于最佳消光粒径内粒子数量最大的原则确定了雾滴尺寸谱分布函数三个参数的取值,解决了实际应用中相关参数选择困难的问题。结合水雾衰减辐射模型设计了仿真实验,研究了含水量对水雾消光性能的影响,为实际应用中提高水雾隐身效果提供了一定的参考价值。针对舰船水膜隐身技术的研究,为降低目标布膜后的辐射特性,建立了通过降低液膜表面温度来降低辐射出射度的技术模型。在求解得到液膜内平均流速和液膜厚度的基础上,建立了液膜能量方程,分析液膜换热特性,为相应领域的进一步研究奠定了基础。结合普朗克公式设计了仿真实验,重点研究了雷诺数Re、液膜入口温度、目标壁面温度以及正向、反向切应力等五种因素对目标辐射出射度的影响,结果表明增大Re、降低入口温度和壁面温度、减小正向切应力和增大反向切应力都可以降低辐射出射度,有效提高水膜隐身效果,具有较强的应用价值。针对水雾水膜红外仿真技术的研究,为提高水雾的仿真效果,建立了基于OSG粒子系统的实验模型。将水雾模型载入红外仿真平台,通过改变粒子尺寸、生命周期、每一帧产生的粒子数、粒子初始速度、重力和风速风向等六种参数分析仿真效果的变化,得到了最佳的水雾参数,对相关系统的仿真设计具有一定的参考意义。为提高水膜的仿真效果,提出了一种基于Perlin噪声的流动纹理生成算法。利用时间变量定时更新噪声纹理,模拟水膜流动的动态效果,优化了流动效果不明显的问题。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.7
【图文】：

细水雾,隐身技术,舰艇,水雾

3(c) 美国驱逐舰 DDG-51 细水雾红外隐身技术图 1-1 细水雾隐身技术在国外舰艇上的应用[8]在国内，许多研究人员也对细水雾的红外隐身特性进行了理论分析和实验研究。张硕[9]等人利用蒙特卡洛模拟方法建立了水雾遮蔽热辐射的光子追踪模型，模拟了雾滴粒子的多重散射，分析了消光系数、水雾浓度和不对称因子等因素对水雾消光性能的影响；刘喜元[8]等人介绍了舰船细水雾红外隐身原理、细水雾的成雾方式和常见的喷嘴形状，分析了雾滴直径、水流速度和水雾浓度等细水雾参数对红外辐射的影响以及彼此间的相互影响；杜永成[10]等人将水雾视为吸收、发射和各向异性散射介质，通过谱带离散处理水雾的非灰特性，利用Mie理论计算离散谱带内的平均光学系数，建立了 8~14 微米红外辐射在细水雾中的传输模型，并利用有限体积法进行了分析计算；韩海玉[5]等人概述了红外隐身技术的原理，研究了水面舰艇的红外辐射特性，介

无量纲,切应力,雷诺数,正向

液膜厚度越大。为了验证本节研究结果的准确性，在此引用其他工作者的研究图像做对比。下图3-4 和图 3-5 分别是叶学民[37]研究的正向无量纲切应力对液膜无量纲厚度的影响和反向无量纲切应力对液膜无量纲厚度的影响。其中，表示无量纲气液界面切应力，纵坐标轴的标识表示无量纲液膜厚度，横坐标轴的标识表示沿流动方向的无量纲长度，表示无量纲表面对流换热强度，表示雷诺数。本章在研究液膜时忽略了其蒸发作用，所以液膜厚度不随流动长度而改变。而叶先生在研究工作中考

无量纲,切应力,雷诺数,液膜厚度

图 3-4 叶学民研究的正向无量纲气液界面切应力和雷诺数对无量纲厚度的影响由图 3-4 可见，在其他条件不变的情况下，正向无量纲切应力的增大会引起无量纲液膜厚度的减小，雷诺数的增大会引起无量纲液膜厚度的增大。本章的研究结果，正好符合这样的变化规律。而且，切应力取不同值时流动长度 0 处的无量纲液膜厚度与图 3-2 中的数值大小基本相等。

【参考文献】