气动热环境下共形整流罩热辐射特性研究

发布时间：2017-09-28 09:04

  本文关键词：气动热环境下共形整流罩热辐射特性研究

  更多相关文章： 共形整流罩 热辐射 半透明介质 辐照度

【摘要】：在大气层或临界层内,装备红外成像探测系统的飞行器高速飞行时,位于其前端的整流罩因受气动热流影响,温度迅速升高。高温整流罩产生了强烈的红外辐射,在探测器接收面上形成背景噪声,严重影响成像质量。随着飞行器速度的不断增大,传统的球形整流罩在空气动力学方面的劣势,使得其越来越不满足飞行器高速飞行的要求。具有流线型外表面的共形整流罩弥补了球形整流罩空气阻力系数大的缺点,但是目前对于共形整流罩的研究主要集中在其像差的校正上,对于其气动热辐射的研究较少。为了综合评定共形整流罩的优越性,需要研究气动热环境下共形整流罩的热辐射特性。本文主要研究共形整流罩热辐射特性,首先使用有限元分析法,将共形整流罩划分成规则网格,计算每个网格的辐射能量;然后运用光线追迹法得到三种典型面形整流罩在探测器接收面上所产生的热辐射干扰;最后利用所建立的共形整流罩热辐射计算模型对呈现非均匀温度分布且存在折射率梯度的三种典型面形整流罩进行了仿真。主要内容包括:(1)装备共形整流罩的高速飞行器外流场特征研究。根据空气动力学和有限元理论,利用有限元方法建立了装备共形整流罩的高速飞行器外流场计算模型;根据此模型,计算了高速飞行器外绕流空气密度场、整流罩壁面温度场、压强场和速度场分布。确定了包括球形、椭球面形以及抛物面形在内的三种典型面形整流罩绕流场的分布规律。(2)气动热环境下共形整流罩多物理场耦合研究。根据传热学和弹性力学理论,结合高速飞行器流场仿真结果,利用有限元方法建立了气动热环境下共形整流罩热流固耦合计算模型。然后利用此模型计算了整流罩非均匀的温度场、形变场、应力以及应变场,为后续共形整流罩辐射计算奠定了基础。(3)共形整流罩热辐射特性研究。依据共形整流罩多物理场耦合分析得到的结果,建立了共形整流罩热辐射发射以及传输模型,编制了共形整流罩热辐射特性仿真软件,分析了三种典型面形共形整流罩热辐射对高速飞行器光学系统成像质量的影响。
【关键词】：共形整流罩 热辐射 半透明介质 辐照度
【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】：2016
【分类号】：V219
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2 国内外气动热环境下共形整流罩热辐射特性研究现状11-18
• 1.2.1 国内外高速飞行器整流罩外形设计以及共形光学研究现状12-16
• 1.2.2 国内外气动热辐射传输效应研究现状16-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 气动热环境下共形整流罩耦合计算研究20-42
• 2.1 引言20
• 2.2 共形整流罩外流场分析有限元计算模型20-22
• 2.3 典型面形共形整流罩外流场特性仿真分析22-30
• 2.3.1 等厚球形整流罩外流场特性仿真分析22-25
• 2.3.2 等厚椭球面形整流罩外流场特性仿真分析25-27
• 2.3.3 等厚抛物面形整流罩外流场特性仿真分析27-30
• 2.4 高速飞行器整流罩多物理场耦合计算30-36
• 2.4.1 ANSYS-APDL31-33
• 2.4.2 共形整流罩热分析计算模型33-35
• 2.4.3 共形整流罩结构分析计算模型35-36
• 2.5 典型面形整流罩的气动热环境多物理场耦合仿真36-41
• 2.5.1 整流罩材料物理特性及其热流固耦合分析输入条件36-37
• 2.5.2 等厚半球形整流罩气动热环境多物理场耦合仿真分析37-38
• 2.5.3 等厚椭球形整流罩气动热环境多物理场耦合仿真分析38-40
• 2.5.4 等厚抛物面形整流罩气动热环境多物理场耦合仿真分析40-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第3章 气动热环境下共形整流罩热辐射计算模型建立42-55
• 3.1 引言42
• 3.2 气动热环境下共形整流罩热辐射计算建模总体42-43
• 3.3 共形整流罩热辐射发射特性43-47
• 3.3.1 半透明梯度折射率介质辐射发射特性43-46
• 3.3.2 整流罩热辐射离散模型46-47
• 3.4 热辐射在共形整流罩内部的传输47-50
• 3.4.1 复杂热环境下共形整流罩折射率场计算47-48
• 3.4.2 四阶龙格-库塔法48-50
• 3.5 整流罩热辐射经光学系统的传输50-53
• 3.5.1 热瞳50-51
• 3.5.2 共形整流罩热辐射在光学系统中的传输51-53
• 3.6 红外探测器接收面上热辐射计算53-54
• 3.6.1 探测器接收面上辐射照度计算53-54
• 3.6.2 红外探测器成像仿真54
• 3.7 本章小结54-55
• 第4章 气动热环境下典型共形整流罩热辐射仿真55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 仿真软件总体结构55-57
• 4.2.1 软件运行环境及功能要求55-57
• 4.2.2 软件程序接口57
• 4.3 典型共形整流罩热辐射特性仿真分析57-71
• 4.3.1 球形头罩热辐射仿真计算结果58-62
• 4.3.2 椭球面形整流罩热辐射仿真计算结果62-66
• 4.3.3 抛物面形整流热辐射仿真计算结果66-70
• 4.3.4 典型面形整流罩热辐射仿真结果对比分析70-71
• 4.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果80-82
• 致谢82-83
• 个人简历83

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本文编号：934950