基于冷屏和隐身薄膜的热源目标红外隐身研究
发布时间：2022-02-22 19:04
随着红外探测技术的快速发展,探测器性能不断提高,再加上全天候工作能力,使得地面武器装备的生存受到极大的威胁,尤其是坦克、装甲车等具有大功率发动机的热源目标。为对抗红外探测,本文提出了基于隔热冷屏的温度控制技术和基于电介质/金属/电介质多层膜的发射率调控技术,用以降低热源目标的红外热特征,实现红外隐身。为获得热源目标的红外辐射特性,以装甲车为典型热源目标,采集了不同状态、不同距离下的红外热像图,分析其红外辐射特性。通过分析发现,目标主要热源部位为排烟管,在稳定运行时其表面8～14μm波段红外辐射温度最高可达67.9℃,比地表红外辐射温度高41.2℃。针对热源目标的红外热特性,提出了采用冷屏屏蔽热源目标红外特征的隐身方案。首先通过实验手段研究了冷屏结构参数和运行参数对高温热源目标热屏蔽性能的影响。之后,构建冷屏仿真模型,并通过实验验证了模型的准确性和可靠性。然后,基于仿真模型对影响冷屏温控效果的因素进行了参数分析,包括冷屏流道布局、流道高度、进口体积流率和隔热材料厚度等。研究结果表明,增大流程数会降低冷屏冷面最大温差,冷面均温性更好,但会增大流阻;流道高度对冷屏热屏蔽效果影响较小;增大体积...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１大气红外透射光谱图１２１??在军事探测中，红外探测器的响应波段通常在红外大气窗口内（０．７６？２．５／ｍｉ、??３？５／／ｍ和８？１４／／ｍ）
?第１章绪论???在红外探测系统中，探测器的探测波段需处于红外大气窗口内。目前，军事上常??用的红外大气窗口主要是３？５／ａｎ和８？１４／／ｍ。??对于战场上的机动目标，由于自身热惯量以及表面材料辐射性质与背景存在??差异，使得目标和背景对于外界环境变化（太阳辐照和空气温度变化）的热响应??不同，因而造成目标与背景的红外辐射特性存在显著差别。更重要的是，目标在??机动或运动停止后的相当长一段时间内都属有热源状态，热源部位温度会达到上??百摄氏度，成为明显的暴露征候，如图１．２所示。因此，降低热源目标的红外热??特征信号成为武器装备生存的先决条件。另外，随着热红外侦察与探测技术的发??展，探测器性能不断提高，各种热红外制导武器竞相应用于现代战场，进一步对??军事目标的生存构成严重威胁。因此，为对抗红外探测，红外隐身技术便成了各??国学者争相研究的方向。??－??Ｌ?＇?？．…?＾??图１．２坦克的暴露征候??１．２热源目标红外隐身研究现状??１．２．１红外隐身研究现状??红外隐身技术就是通过一定的手段削弱目标的红外热特征信号，使其与环境??背景相当，从而降低敌方探测器的发现概率，进而减小红外制导等武器对目标的??威胁，提高目标的生存概率。现阶段，一般的红外探测器主要工作在３？５／／ｍ和??８？１４／ｍｉ两个红外大气窗口波段。因此，热源目标的红外隐身主要是降低目标在??这两个红外大气窗口波段的辐射特征，使其接近于环境背景的辐射特征Ｗ。根据??斯蒂芬－玻尔兹曼定律（五＝？Ｊ：Ｔ４）可知，目标的红外辐射特性主要由自身的温??．度Ｔ和发射率＾决定。因而，实现目标红外隐身的技术途径主要有两种：降低目??
?第１章绪论???１．２．１．１温度控制技术??对于热源表面温度的控制，通常采用的方法是在需要隐身的目标表面上加多??层隔热材料，构成热红外隐身伪装遮障，从而阻隔大量的热传至目标表面，全面??降低目标红外特征信号。此外，还可对通风和冷却系统进行改进，利用空气对流??的方式，将热量从目标表面不易探测的方向传递给周围空气，进而降低目标热源??温度。例如，瑞典ＳＴＲＶ－１２２坦克，通过在车顶加装“小凉杀以及身披伪装材料??的方式实现伪装遮障，如图１．３所示。Ｔ－８４坦克通过在发动机舱的顶部贴附隔热??材料，用外界冷空气给发动机舱通风等方式来降低舱体表面的温度，改进后的表??面热信号特征是原来的１／７？１／５。法国ＧＩＡＴ集团生产的“勒克莱尔”主战坦克，??其车身采用双层结构，冷空气在双层结构之间循环流动，该结构显著降低了坦克??发动机舱和车身表面的红外辐射特征。??ｗｍ??图１．３瑞典ＳＴＲＶ－１２２坦克伪装系统??相变材料也常用于目标的红外隐身。相变材料在发生相变过程中，可吸收环??境的热（冷）量，并在需要时放出热（冷）量。并且发生相变时，自身温度变化??很校利用这一特性，可将相变材料用于目标的温度调控，通过相变材料的吸放??热来控制目标温度，进而实现红外隐身［６］。ＭＣｋｍｎｅｙ［７］将微胶囊相变材料与纺织??材料相结合，并将其覆盖在加热板和小船的发动机上。通过红外探测器观察发现，??这种含有相变材料的纺织品可以屏蔽目标的红外热特征。Ｆｕ等人％为降低军事目??标与背景的红外辐射强度差异，提出将微胶囊相变材料应用于目标，并给出了多??种应用形式，比如将微胶囊相变材料当做控温涂层，或将其添加到多孔泡沫材料，??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theoretical analysis of the surface temperature regulation of an infrared false target subjected to periodical ambient conditions[J]. Shi-min LI,Hong YE,Qi-zhao LIN. Defence Technology. 2016(05)
[2]低发射率SiO2/Al2O3纳米复合粉体的制备和红外隐身性能[J]. 陈珂,纪箴,张一帆,贾成厂,杨善武. 工程科学学报. 2016(09)
[3]6063铝合金挤压型材尺寸超差分析及模具优化设计[J]. 王冠,何芯,李落星,姚再起. 机械工程材料. 2013(07)
[4]Al/Cr2O3复合粉体的制备及红外反射特性研究[J]. 袁乐,翁小龙,卢虎,邓龙江. 无机材料学报. 2013(05)
[5]基于帕尔帖效应的动态红外迷彩的机理与实现[J]. 冯云松,沈佳,路远,凌永顺. 红外与激光工程. 2012(07)
[6]一种基于光子晶体的中远红外双波段兼容伪装材料[J]. 高永芳,时家明,赵大鹏,许波. 红外与激光工程. 2012(04)
[7]基于光子晶体的远红外与激光兼容伪装材料[J]. 高永芳,时家明,赵大鹏. 红外与激光工程. 2011(04)
[8]Optimization of the inhibition of atmospheric window emission using photonic crystals[J]. LI Jin & YE Hong Department of Thermal Science and Energy and Engineering,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China. Science China（Technological Sciences）. 2010(05)
[9]微胶囊相变材料制备及其在红外隐身涂料中的应用[J]. 孙文艳,吕绪良,郑玉辉,陈录分. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2009(02)
[10]红外探测技术在军事上的应用[J]. 王力民,张蕊,林一楠,徐世录. 红外与激光工程. 2008(S2)
硕士论文
[1]基于微结构的热辐射特性控制研究[D]. 何雪梅.南京理工大学 2012
[2]铝合金板激光弯曲成形的试验研究[D]. 程丽芳.大连理工大学 2006
本文编号：3640049
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１大气红外透射光谱图１２１??在军事探测中，红外探测器的响应波段通常在红外大气窗口内（０．７６？２．５／ｍｉ、??３？５／／ｍ和８？１４／／ｍ）
?第１章绪论???在红外探测系统中，探测器的探测波段需处于红外大气窗口内。目前，军事上常??用的红外大气窗口主要是３？５／ａｎ和８？１４／／ｍ。??对于战场上的机动目标，由于自身热惯量以及表面材料辐射性质与背景存在??差异，使得目标和背景对于外界环境变化（太阳辐照和空气温度变化）的热响应??不同，因而造成目标与背景的红外辐射特性存在显著差别。更重要的是，目标在??机动或运动停止后的相当长一段时间内都属有热源状态，热源部位温度会达到上??百摄氏度，成为明显的暴露征候，如图１．２所示。因此，降低热源目标的红外热??特征信号成为武器装备生存的先决条件。另外，随着热红外侦察与探测技术的发??展，探测器性能不断提高，各种热红外制导武器竞相应用于现代战场，进一步对??军事目标的生存构成严重威胁。因此，为对抗红外探测，红外隐身技术便成了各??国学者争相研究的方向。??－??Ｌ?＇?？．…?＾??图１．２坦克的暴露征候??１．２热源目标红外隐身研究现状??１．２．１红外隐身研究现状??红外隐身技术就是通过一定的手段削弱目标的红外热特征信号，使其与环境??背景相当，从而降低敌方探测器的发现概率，进而减小红外制导等武器对目标的??威胁，提高目标的生存概率。现阶段，一般的红外探测器主要工作在３？５／／ｍ和??８？１４／ｍｉ两个红外大气窗口波段。因此，热源目标的红外隐身主要是降低目标在??这两个红外大气窗口波段的辐射特征，使其接近于环境背景的辐射特征Ｗ。根据??斯蒂芬－玻尔兹曼定律（五＝？Ｊ：Ｔ４）可知，目标的红外辐射特性主要由自身的温??．度Ｔ和发射率＾决定。因而，实现目标红外隐身的技术途径主要有两种：降低目??
?第１章绪论???１．２．１．１温度控制技术??对于热源表面温度的控制，通常采用的方法是在需要隐身的目标表面上加多??层隔热材料，构成热红外隐身伪装遮障，从而阻隔大量的热传至目标表面，全面??降低目标红外特征信号。此外，还可对通风和冷却系统进行改进，利用空气对流??的方式，将热量从目标表面不易探测的方向传递给周围空气，进而降低目标热源??温度。例如，瑞典ＳＴＲＶ－１２２坦克，通过在车顶加装“小凉杀以及身披伪装材料??的方式实现伪装遮障，如图１．３所示。Ｔ－８４坦克通过在发动机舱的顶部贴附隔热??材料，用外界冷空气给发动机舱通风等方式来降低舱体表面的温度，改进后的表??面热信号特征是原来的１／７？１／５。法国ＧＩＡＴ集团生产的“勒克莱尔”主战坦克，??其车身采用双层结构，冷空气在双层结构之间循环流动，该结构显著降低了坦克??发动机舱和车身表面的红外辐射特征。??ｗｍ??图１．３瑞典ＳＴＲＶ－１２２坦克伪装系统??相变材料也常用于目标的红外隐身。相变材料在发生相变过程中，可吸收环??境的热（冷）量，并在需要时放出热（冷）量。并且发生相变时，自身温度变化??很校利用这一特性，可将相变材料用于目标的温度调控，通过相变材料的吸放??热来控制目标温度，进而实现红外隐身［６］。ＭＣｋｍｎｅｙ［７］将微胶囊相变材料与纺织??材料相结合，并将其覆盖在加热板和小船的发动机上。通过红外探测器观察发现，??这种含有相变材料的纺织品可以屏蔽目标的红外热特征。Ｆｕ等人％为降低军事目??标与背景的红外辐射强度差异，提出将微胶囊相变材料应用于目标，并给出了多??种应用形式，比如将微胶囊相变材料当做控温涂层，或将其添加到多孔泡沫材料，??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theoretical analysis of the surface temperature regulation of an infrared false target subjected to periodical ambient conditions[J]. Shi-min LI,Hong YE,Qi-zhao LIN. Defence Technology. 2016(05)
[2]低发射率SiO2/Al2O3纳米复合粉体的制备和红外隐身性能[J]. 陈珂,纪箴,张一帆,贾成厂,杨善武. 工程科学学报. 2016(09)
[3]6063铝合金挤压型材尺寸超差分析及模具优化设计[J]. 王冠,何芯,李落星,姚再起. 机械工程材料. 2013(07)
[4]Al/Cr2O3复合粉体的制备及红外反射特性研究[J]. 袁乐,翁小龙,卢虎,邓龙江. 无机材料学报. 2013(05)
[5]基于帕尔帖效应的动态红外迷彩的机理与实现[J]. 冯云松,沈佳,路远,凌永顺. 红外与激光工程. 2012(07)
[6]一种基于光子晶体的中远红外双波段兼容伪装材料[J]. 高永芳,时家明,赵大鹏,许波. 红外与激光工程. 2012(04)
[7]基于光子晶体的远红外与激光兼容伪装材料[J]. 高永芳,时家明,赵大鹏. 红外与激光工程. 2011(04)
[8]Optimization of the inhibition of atmospheric window emission using photonic crystals[J]. LI Jin & YE Hong Department of Thermal Science and Energy and Engineering,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China. Science China（Technological Sciences）. 2010(05)
[9]微胶囊相变材料制备及其在红外隐身涂料中的应用[J]. 孙文艳,吕绪良,郑玉辉,陈录分. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2009(02)
[10]红外探测技术在军事上的应用[J]. 王力民,张蕊,林一楠,徐世录. 红外与激光工程. 2008(S2)
硕士论文
[1]基于微结构的热辐射特性控制研究[D]. 何雪梅.南京理工大学 2012
[2]铝合金板激光弯曲成形的试验研究[D]. 程丽芳.大连理工大学 2006
本文编号：3640049
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