含平行排列片状金属粒子红外低发射率涂层发射率建模

发布时间：2017-11-01 04:32

  本文关键词：含平行排列片状金属粒子红外低发射率涂层发射率建模

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【摘要】：随着现代红外探测器件性能的不断突破,武器作战平台尤其是飞行器的红外隐身面临越来越严峻的挑战。红外低发射率涂层是降低物体红外辐射特征的重要措施之一,具体对飞行器应用背景来说,要求涂层在3~5和8~14μm红外窗口的发射率尽可能地低。红外低发射率涂层通常是树脂粘结剂和金属颜料颗粒组成的复合涂层,实验上发现含平行排列片状金属粒子的涂层发射率相比含球形金属粒子涂层发射率更低,且涂层发射率受颗粒的固含量、尺寸、涂层厚度和树脂吸收特性的影响,但是如何从理论上来预测涂层的发射率并解释上述因素对发射率的影响,一直以来缺乏准确、实用的模型。建立准确有效的低红外发射率仿真模型对加快该类材料研发进程具有重要的工程意义。本文的研究工作主要由以下两个部分构成:(1)垂直入射时,单个片状金属颗粒的电磁散射性质研究。对处在“光学谐振区”片状金属颜料颗粒,将颗粒总的散射分解为前向衍射项、背向反射项和边缘效应项三部分,其核心是跟颗粒粒径相关的边缘效应的引入。针对反射项和边缘效应项的不同处理方式,建立了两个版本的拓展几何光学模型,其中衍射项都按Fraunhofer圆孔衍射公式处理,不同之处在于第一个版本的拓展几何光学模型假设反射项和边缘效应项只对后向180°散射有贡献;而第二个版本的拓展几何光学模型则将反射项考虑为在后半球空间具有跟前半球衍射项相同的角度分布,而边缘项被考虑成前后半球散射能量相等且也与衍射具有相同的角度分布。(2)建立了含平行排列片状金属粒子低发射率涂层发射率公式。应用完整辐射传输方程的两种简化形式—Kubelka-Munk理论(结合第一个版本拓展几何光学模型)和六能流理论(结合第二个版本拓展几何光学模型),分别建立了涂层的发射率公式并详细讨论了铝粉含量、尺寸、厚度、涂层厚度和树脂吸收特性等因素对发射率的影响规律。最后将仿真和实验发射率光谱结果进行对比,验证了模型的有效性。值得指出的是,利用六能流理论结合第二个版本的拓展几何光学理论第一次成功地解释了涂层发射率随铝粉尺寸增大而降低的规律。
【关键词】：低红外发射率涂层 发射率建模 拓展几何光学理论 K-M理论 六能流理论
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V218;TN215
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 红外隐身基本原理12-16
• 1.2.1 红外探测技术原理12-13
• 1.2.2 红外隐身基本原理13-15
• 1.2.3 低红外发射率材料15-16
• 1.3 国内外研究现状16-17
• 1.4 低红外发射率材料发射率建模存在的问题17-18
• 1.5 本论文的主要内容及结构安排18-20
• 第二章 散射理论基础20-34
• 2.1 散射的物理机制20-21
• 2.2 光散射理论的主要分类21
• 2.2.1 弹性光散射21
• 2.2.2 非弹性散射21
• 2.2.3 相关散射和非相关散射21
• 2.3 散射相关的基本物理量21-22
• 2.3.1 单个颗粒的散射截面和散射系数21-22
• 2.3.2 单个颗粒吸收截面和吸收效率22
• 2.3.3 单个颗粒消光截面和消光效率22
• 2.4 电磁波的偏振特性22-25
• 2.4.1 光散射波的矢量描述23-24
• 2.4.2 Stokes参数24-25
• 2.4.3 转换矩阵F25
• 2.5 Mie散射理论25-28
• 2.5.1 Mie散射系数表达式25-26
• 2.5.2 Mie散射偏振特性26-27
• 2.5.3 球形粒子的系数27
• 2.5.4 Mie散射算法27-28
• 2.6 Rayleigh散射28-31
• 2.6.1 Rayleigh散射波的偏振特性29-30
• 2.6.2 Rayleigh散射粒子的散射效率30-31
• 2.7 衍射散射31-32
• 2.7.1 反射和折射31
• 2.7.2 衍射31
• 2.7.3 衍射基本理论31-32
• 2.7.3.1 Babinet原理31-32
• 2.7.3.2 消光佯谬32
• 2.7.3.3 圆孔衍射32
• 2.8 本章小结32-34
• 第三章 单个片状粒子散射性质研究34-53
• 3.1 引言34-35
• 3.2 计算不规则粒子散射性质的数值方法35-43
• 3.2.1 T矩阵法35-37
• 3.2.2 离散偶极子法37-39
• 3.2.3 时域有限差分法39-42
• 3.2.4 其他数值方法42-43
• 3.2.5 小结43
• 3.3 垂直入射时片状金属颗粒的电磁散射性质43-52
• 3.3.1 第一种散射模型的衍射效应项 σdif47
• 3.3.2 第一种散射模型的反射效应项 σref47-48
• 3.3.3 第一种散射模型的边缘效应项 σedge48-49
• 3.3.4 第二种散射模型的衍射效应项 σdif49-50
• 3.3.5 第二种散射模型的反射效应项 σref50
• 3.3.6 第二种散射模型的边缘效应项 σedge50-52
• 3.4 小结52-53
• 第四章 含平行排列片状金属粒子涂层发射率理论建模53-69
• 4.1 计算红外辐射传播的辐射传输理论54-55
• 4.2 Kubelka-Munk理论计算涂层发射率55-62
• 4.2.1 Kubelka-Munk理论基本框架55-57
• 4.2.2 发射率公式中参数的计算57-58
• 4.2.2.1 边界反射系数Re和Ri的计算57
• 4.2.2.2 S和K的计算57-58
• 4.2.3 结果与讨论58-62
• 4.3 六能流理论计算涂层发射率62-68
• 4.3.1 六能流理论基本框架62-63
• 4.3.2 公式中参数的计算63-64
• 4.3.2.1 反射系数Re和Ri的计算63
• 4.3.2.2 Sb、St和K的计算63-64
• 4.3.3 结果与讨论64-68
• 4.4 小结68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 5.1 总结69
• 5.2 未来展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的成果76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 高颂;乐洪宇;;国外红外隐身技术的发展[J];舰船电子工程;2010年10期

2 王亚伟;卜敏;崔青义;洪云;吴大建;蔡兰;;有核细胞光散射强度分布的动态特性[J];中国激光;2006年10期

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本文编号：1125247