第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景与意义 1
1.1.1 红外制导导弹和探测系统对飞机的威胁日益严重 1
1.1.2 研究和发展加力式涡扇发动机排气系统红外隐身技术的意义 1
1.2 国内外发展动态综述 2
1.2.1 红外隐身技术的研究及应用现状 2
1.2.2 目标红外辐射计算特征方法概述及软件的研究进展 9
1.3 问题的提出 14
1.4 本文的主要研究工作 14
第二章 发动机排气系统对流-辐射耦合传热计算方法研究 16
2.1 对流-辐射传热耦合计算的基本控制方程 16
2.1.1 流场、温度场和组分浓度计算的基本方程 16
2.1.2 紊流模型 17
2.2 辐射传递方程的计算方法 19
2.2.1 求解辐射传递方程的离散坐标法 19
2.2.2 角度的离散 20
2.2.3 空间坐标的离散——差分格式 21
2.2.4 燃气辐射性质的确定 21
第三章 用RMC法计算涡扇发动机排气系统红外特征的方法研究 22
3.1 物理模型 22
3.2 目标的红外辐射强度计算原理 22
3.2.1 目标辐射强度计算式 22
3.2.2 用随机方法确定辐射微元位置涉及到的四个概率模型 24
3.2.3 均匀分布随即数的产生 27
3.2.4 辐射微元的确定 29
3.3 红外辐射亮度显示 30
3.3.1 红外辐射亮度显示原理 30
3.3.2 每个像素上的红外辐射亮度计算 30
3.4 部件辐射计算 31
3.5 计算域的离散及计算过程中的数学问题 32
3.5.1 壁面网格的划分 32
3.5.2 介质网格的划分 33
3.5.3 探测点的坐标计算 34
3.5.4 从探测器出发的光线在绝对坐标系中的方程 34
3.5.5 从探测器表面发射的光线与计算域边界是否有交点的计算 36
3.5.6 射线离开计算域时与边界交点的计算 36
3.5.7 射线与微元面是否相交及交点的计算 37
3.5.8 壁面反射射线的计算 39
3.5.9 射线微元段上的温度、压力、组分的插值计算 41
3.6 影响计算结果的因素分析 43
3.6.1 算例介绍 43
3.6.2 射线离散步长的影响 43
3.6.3 射线数的影响 43
3.7 计算速度的提高 45
3.7.1 MPI并行策略 46
3.7.2 并行计算性能测试 46
3.7.3 并行前后光谱辐射强度的比较 47
3.8 本章小结 48
第四章 红外探测距离的计算方法研究 49
4.1 基于等效噪音照度的探测距离的计算公式 49
4.2 大气透过率的计算研究 51
4.2.1 典型大气特性 51
4.2.2 大气透过率的计算方法 52
4.3 背景辐射计算 55
4.4 探测距离的求解 55
4.5 本章小结 56
第五章 典型加力式涡扇发动机排气系统非加力状态的红外辐射特性实验研究 58
5.1 涡扇发动机排气系统模拟实验台 58
5.2 红外辐射测量系统 59
5.3 带加力燃烧室的排气系统腔体模型 60
5.3.1 基准排气系统腔体模型 60
5.3.2 支板和中心锥冷却的排气系统腔体模型 61
5.3.3 中心锥盖板涂覆低发射率涂料的排气系统腔体模型 61
5.3.4 各部件的发射率 62
5.4 涡扇发动机模型排气系统红外辐射特征测试方案 65
5.4.1 红外辐射强度测试点的布置 66
5.4.2 大气透过率的测量方法 66
5.4.3 壁面温度测量点的布置 67
5.5 实验结果与分析 67
5.5.1 温度测量结果及分析 67
5.5.2 基准排气系统腔体模型结果及分析 68
5.5.3 支板和中心锥冷却模型结果及红外抑制分析 70
5.5.4 中心锥盖板涂覆低发射率涂料结果及红外抑制分析 74
5.6 误差分析 77
5.7 本章小结 77
第六章 红外辐射特征计算方法及程序的验证 79
6.1 带加力燃烧室的排气系统模型壁面温度计算结果的验证 79
6.1.1 计算域及边界条件 79
6.1.2 网格 79
6.1.3 壁面温的计算结果与实验结果的比较 80
6.2 带加力燃烧室的排气系统模型的红外辐射强度实验验证 83
6.2.1 红外辐射计算网格及相关计算参数 84
6.2.2 基准排气系统腔体模型的红外辐射特征计算与实验的对比分析 86
6.2.3 支板和中心锥冷却模型的红外辐射特征计算与实验的对比分析 89
6.2.4 中心锥盖板涂覆低发射率涂料模型的红外辐射特征计算与实验的对比分析 92
6.3 大气透过率及锁定距离的验证 94
6.3.1 大气透过率的验证 94
6.3.2 锁定距离的验证 95
6.4 本章小结 96
第七章 典型加力式涡扇发动机轴对称排气系统红外特征的计算及红外抑制效果分析 98
7.1 典型加力式涡扇发动机红外辐射特征计算 98
7.1.1 计算模型 98
7.1.2 流场计算 98
7.1.3 红外辐射特征计算 104
7.2 红外辐射抑制方案及效果研究 110
7.2.1 通过改变壁面发射率和温度分布抑制红外辐射的方案 110
7.2.2 改变壁面温度分布时的红外抑制规律 111
7.2.3 改变壁面发射率分布时的红外抑制规律 112
7.2.4 综合改变壁面温度和发射率分布时红外辐射对比及红外抑制效果评价 114
7.3 本章小结 119
第八章 总结与展望 121
8.1 总结 121
8.2 主要创新点 123
8.3 展望 123
参考文献 124
致谢 131
在学期间的研究成果及发表的学术论文 132