基于光线追踪的飞机红外图像仿真
发布时间：2022-01-11 06:28
飞机目标的红外图像仿真具有非常重要的军事和民用意义。传统的仿真方法通常将飞机目标的机体与尾焰分别成像,因而很少表现出两者间的耦合关系,难以得到高逼真度的仿真图像。同时,近年来在飞机目标红外辐射研究领域,利用计算流体力学进行流场数值模拟从而计算目标辐射与分析辐射特性已成为常用方法。本文主要讨论如何使用光线追踪的方法借助仿真流场的数值得到具有高真实感与高精确度的飞机目标红外仿真图像。首先,讨论了光线追踪方法中的相交、采样、加速算法与场景对象的红外辐射传输理论,将辐射的产生与传输过程同光线传播过程结合,得到了能够应用于红外场景仿真的光线追踪渲染方法。其次,根据流体力学理论与计算流体力学方法,对两种不同机型的机体外流场建立几何模型并划分网格,讨论了亚声速与超声速下流场对机体蒙皮的气动加热效果与蒙皮温度分布。同时建立了轴对称矢量喷管的3D几何网格与拉瓦尔—收缩扩张喷管的2D网格,对两种喷管下尾流场的温度与组分分布进行了讨论,并比较了Fluent软件中不同湍流模型下尾焰的计算结果。最后根据计算流体力学求解得到的数值建立了飞机目标蒙皮与尾焰的红外辐射模型,得到了3-5μm连续波段内飞机目标顶视方向与...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Su27机体蒙皮与流场网格
为了节省计算资源，对机体进行了对称划分，蒙皮的面网格数量为 211 万。蒙皮与流场相交的边界层网格如图 3.8 所示。图3.8 蒙皮-流场边界层网格边界层网格是指在计算域中与固体壁面垂直的数层正交性较好的网格。在 3.1.2节已经叙述了边界层的流体力学机制，由于粘性的作用，在边界层内流体具有很大的速度梯度，因此在 CFD 求解中，边界层网格与壁面的正交性需要得到很好的满足。在边界层网格的划分过程中，尤其要注意第一层网格的高度。从式(3-10)可以看出，湍流边界层内层的粘性力与平均速度梯度基本成线性关系，因此将第一层网格节点设置到湍流边界外层中，内层采用经验公式壁面函数计算能极大的减少计算量。
w 为式(3-10)中的层流粘性力，引入雷诺数，可以得到第一层网格高度 y ：*yyu (3-14)式中，y 是无量纲量，其取值根据雷诺数大小选择，不同湍流模型的 y 值不同，通常在高雷诺数下取 30，低雷诺数下取 1。在得到第一层网格高度后，选定网格比率与层数即可进行边界层网格划分。在非结构网格中又将边界层网格称为棱柱层网格。图 3.8 中，设定飞行速度 1.2Ma，边界层网格的第一层网格高度为48 10 mm。图 3.9 为 F16 机体的蒙皮网格。考虑将这一模型放入机体-尾焰的一体化流场中，因此蒙皮网格精度相对较低，面网格数量为 42 万，而在尾焰流场部分进行了网格加密。
【参考文献】：
期刊论文
[1]四波段飞机尾焰红外辐射的数值计算与图像仿真[J]. 王昭,王玲芳,孙豹. 航空兵器. 2018(06)
[2]基于光线跟踪和BRDF模型的红外高光反射仿真[J]. 李敏,解鸿文,徐中外,邢宇航. 激光与红外. 2018(01)
[3]飞机红外隐身及探测技术简介[J]. 黄臻,姜伟,张杨. 红外. 2017(08)
[4]飞机红外辐射计算及图像仿真[J]. 孙卫,王彪. 激光与红外. 2017(06)
[5]飞机目标红外辐射特性研究现状概述[J]. 康丽珠,赵劲松,李振华,周倩,赵强. 红外技术. 2017(02)
[6]发动机舱内部传热和蒙皮的降温规律[J]. 王杏涛,张靖周,单勇. 航空动力学报. 2016(05)
[7]纳米氧化锑锡增强聚碳酸酯的阻红外隔热性能[J]. 张成,张群朝,蒋涛. 复合材料学报. 2015(02)
[8]低发射率涂料的研制及其在涤/棉混纺织物热红外伪装中的应用[J]. 徐共荣,俞萧,周岚,冯新星,张华鹏. 丝绸. 2014(02)
[9]飞机整机蒙皮自身红外辐射特性建模与分析[J]. 林杰,江勇,方浩百,梅飞,李建伟. 红外技术. 2012(05)
[10]面向飞机目标探测的波段选择方法[J]. 祁鸣,刘德连,张二磊. 红外技术. 2011(08)
博士论文
[1]H2O、CO2高温气体吸收带红外辐射与传输研究[D]. 蔡熠.中国科学技术大学 2017
[2]基于GPU的光电目标检测方法研究[D]. 吴鑫.西安电子科技大学 2015
[3]高真实感红外场景实时仿真技术研究[D]. 黄曦.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]基于并行光线跟踪的真实感三维场景绘制[D]. 许申益.长春理工大学 2017
[2]基于SE-Workbench的红外场景图像自动生成方法研究[D]. 钟鸣.华中科技大学 2016
[3]基于Fluent的导弹蒙皮温度场数值计算及应用研究[D]. 常婧璇.西安电子科技大学 2015
[4]基于光线跟踪的高真实感红外场景生成[D]. 田利敏.西安电子科技大学 2014
[5]尾焰红外辐射的数值仿真计算[D]. 曹毅刚.西安电子科技大学 2014
[6]典型天气大气辐射传输特性模型设计与实现[D]. 张敏.大连海事大学 2015
[7]基于光线跟踪的高真实感红外三维场景仿真方法研究[D]. 郭晨光.西安电子科技大学 2013
[8]复杂形体的高速气动对流及耦合换热研究[D]. 赵平安.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3582277
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Su27机体蒙皮与流场网格
为了节省计算资源，对机体进行了对称划分，蒙皮的面网格数量为 211 万。蒙皮与流场相交的边界层网格如图 3.8 所示。图3.8 蒙皮-流场边界层网格边界层网格是指在计算域中与固体壁面垂直的数层正交性较好的网格。在 3.1.2节已经叙述了边界层的流体力学机制，由于粘性的作用，在边界层内流体具有很大的速度梯度，因此在 CFD 求解中，边界层网格与壁面的正交性需要得到很好的满足。在边界层网格的划分过程中，尤其要注意第一层网格的高度。从式(3-10)可以看出，湍流边界层内层的粘性力与平均速度梯度基本成线性关系，因此将第一层网格节点设置到湍流边界外层中，内层采用经验公式壁面函数计算能极大的减少计算量。
w 为式(3-10)中的层流粘性力，引入雷诺数，可以得到第一层网格高度 y ：*yyu (3-14)式中，y 是无量纲量，其取值根据雷诺数大小选择，不同湍流模型的 y 值不同，通常在高雷诺数下取 30，低雷诺数下取 1。在得到第一层网格高度后，选定网格比率与层数即可进行边界层网格划分。在非结构网格中又将边界层网格称为棱柱层网格。图 3.8 中，设定飞行速度 1.2Ma，边界层网格的第一层网格高度为48 10 mm。图 3.9 为 F16 机体的蒙皮网格。考虑将这一模型放入机体-尾焰的一体化流场中，因此蒙皮网格精度相对较低，面网格数量为 42 万，而在尾焰流场部分进行了网格加密。
【参考文献】：
期刊论文
[1]四波段飞机尾焰红外辐射的数值计算与图像仿真[J]. 王昭,王玲芳,孙豹. 航空兵器. 2018(06)
[2]基于光线跟踪和BRDF模型的红外高光反射仿真[J]. 李敏,解鸿文,徐中外,邢宇航. 激光与红外. 2018(01)
[3]飞机红外隐身及探测技术简介[J]. 黄臻,姜伟,张杨. 红外. 2017(08)
[4]飞机红外辐射计算及图像仿真[J]. 孙卫,王彪. 激光与红外. 2017(06)
[5]飞机目标红外辐射特性研究现状概述[J]. 康丽珠,赵劲松,李振华,周倩,赵强. 红外技术. 2017(02)
[6]发动机舱内部传热和蒙皮的降温规律[J]. 王杏涛,张靖周,单勇. 航空动力学报. 2016(05)
[7]纳米氧化锑锡增强聚碳酸酯的阻红外隔热性能[J]. 张成,张群朝,蒋涛. 复合材料学报. 2015(02)
[8]低发射率涂料的研制及其在涤/棉混纺织物热红外伪装中的应用[J]. 徐共荣,俞萧,周岚,冯新星,张华鹏. 丝绸. 2014(02)
[9]飞机整机蒙皮自身红外辐射特性建模与分析[J]. 林杰,江勇,方浩百,梅飞,李建伟. 红外技术. 2012(05)
[10]面向飞机目标探测的波段选择方法[J]. 祁鸣,刘德连,张二磊. 红外技术. 2011(08)
博士论文
[1]H2O、CO2高温气体吸收带红外辐射与传输研究[D]. 蔡熠.中国科学技术大学 2017
[2]基于GPU的光电目标检测方法研究[D]. 吴鑫.西安电子科技大学 2015
[3]高真实感红外场景实时仿真技术研究[D]. 黄曦.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]基于并行光线跟踪的真实感三维场景绘制[D]. 许申益.长春理工大学 2017
[2]基于SE-Workbench的红外场景图像自动生成方法研究[D]. 钟鸣.华中科技大学 2016
[3]基于Fluent的导弹蒙皮温度场数值计算及应用研究[D]. 常婧璇.西安电子科技大学 2015
[4]基于光线跟踪的高真实感红外场景生成[D]. 田利敏.西安电子科技大学 2014
[5]尾焰红外辐射的数值仿真计算[D]. 曹毅刚.西安电子科技大学 2014
[6]典型天气大气辐射传输特性模型设计与实现[D]. 张敏.大连海事大学 2015
[7]基于光线跟踪的高真实感红外三维场景仿真方法研究[D]. 郭晨光.西安电子科技大学 2013
[8]复杂形体的高速气动对流及耦合换热研究[D]. 赵平安.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3582277
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3582277.html
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