固体火箭发动机尾喷焰偏振辐射特性研究

发布时间：2020-06-03 19:53

【摘要】：偏振作为一种光波的一种特殊行为,能够带上其透过介质的信息。从光的偏振特性入手,实现对介质信息的探测与分析,是一个前景十足的研究方向。本文基于蒙特卡洛模型,建立了以Mie散射理论为基础的偏振辐射传输模型,针对固体火箭发动机尾喷焰的偏振辐射特性进行了深入研究。首先,从光的电磁理论出发,使用斯托克斯矢量法描述光的偏振态。根据Mie散射理论,建立了适用于非均匀三维颗粒介质的蒙特卡洛偏振辐射传输模型,并使用经典算例验证了该模型的正确性。对固体发动机尾喷焰进行了流场参数分析,获取了尾喷焰段的物质颗粒分布情况,研究计算了尾喷焰流场中Al2O3颗粒的物性参数,建立起了固体火箭发动机尾喷焰段Al2O3颗粒的分布模型。利用上述计算模型计算了自然光透过尾喷焰段发生散射行为后散射光的偏振辐射分布特性,重点分析了入射光波段、入射天顶角、探测天顶角等因素对于该目标偏振辐射特性的影响。考虑到固体火箭发动机的运行场景,对低层大气中云层的类型和光学物性参数进行了总结。深入讨论了三种典型云层——层云、高层云和卷云的偏振辐射特性。引入信噪比参数,计算了固体火箭发动机在三种云层背景下的偏振辐射特性,并对不同云层的计算结果进行了对比研究。得到了卷云背景下本文目标更易识别的结论。为了更贴近固体发动机的实际运行情况,将有效介质理论加入原模型中,进一步完善了其功能,能够模拟尾喷焰混入不同类型的掺杂颗粒后的偏振辐射特性。利用该模型计算了炭黑掺杂后尾喷焰偏振辐射特性的变化,讨论了几种不同掺杂体积分数下的模拟结果,分析获得了炭黑颗粒掺杂对于尾喷焰偏振辐射特性的影响。
【图文】：

喷焰,成像

图 1-1 Delta2-7920 喷焰偏振成像偏振探测技术在军事、水下侦查、医疗诊断、气象探测、环境保护、空间侦测以及 3D 建模[5]等诸多领域发挥预见，在未来的目标探测技术博弈中，偏振的重要性进一步加强对偏振辐射特性的研究，意义非凡。偏振辐射特性的研究现状研究现状tolinus[6]第一次观测到光的偏振现象以来，国外学者对进行了长期且大量的研究。的数学表达领域，最早的研究可以追溯到 19 世纪中叶次提出一种被后世命名为斯托克斯矢量的四个参量用偏振光、部分偏振光和非偏振光之状态的数学表述合了当时的电磁学理论，得到对后世影响巨大的电磁是一种电磁波的结论。利用电磁波方程可以正确描述

光波,电场分量,电矢量,磁场分量

光波是由空间中正交分布的电场和磁场共同构成的。如图2-1，二者均互相垂直，且都垂直于光波的传播方向。所以可以用两个场的电场分量和磁场分量的坡印廷矢量对广博德能留密度进行描述。S E H(2-1)图 2-1 光波的电磁传播理论其中需要注意的是，所谓的光波的偏振态，是针对其电矢量及其振动平面而言的。因此需要对光波的电矢量描述进行深入研究。设光波沿着 z 轴正向传播，此时光波的电场分量 E 和磁场分量 H 仅含有 x和 y 方向的分量，，即此二分量在 z 方向的分量均为零。故 t 时刻在任意 z 坐标处的电场分量可表示为式（2-2）。( , ) exp 2 z/( / ) / ) = exp ( ) 0 0x xy ye eE z t i n t T e e i kz t （ (2-2)其中，λ/n 表征传输介质中的波长，n 表示复折射率的实部（即折射率），λ 表
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V435

【参考文献】