[发明专利]基于矫正函数的高速飞行器喷焰红外辐射特性计算方法

说明书

本发明涉及一种基于矫正函数的高速飞行器喷焰红外辐射特性计算方法，以解决现有辐射特性计算方法不适用于高速飞行器喷焰辐射特性的计算，而导致在非均匀的流场内，等效半宽对介质热力学状态的依赖性增强的技术问题。该方法包括：1)计算高速飞行器喷焰流场参数分布；2)将参考温度T_ref下的气体谱线参数外推为高温和高压下气体谱线参数；3)计算高速飞行器喷焰组分的统计窄谱带参数；4)计算高速飞行器喷焰非均匀路径的等效窄谱带参数；5)计算矫正函数；6)根据矫正函数对等效半宽进行矫正；7)求解喷焰非均匀介质的窄谱带辐射透过率；8)将窄谱带辐射透过率输入无散射辐射传输方程中求解，得高速飞行器喷焰红外辐射信号。

技术领域

本发明涉及辐射特性计算方法，具体涉及一种基于矫正函数的高速飞行器喷焰红外辐射特性计算方法。

背景技术

高速飞行器喷焰，是一种由推进剂在燃烧室内燃烧后经喷嘴排出的高温、高压、多组分的富燃料自由射流，该射流与周围环境空气掺混后容易发生复燃反应。这种现象导致了喷焰中的多组分高温气体在多个谱带内发射强烈的辐射信号，该辐射信号已经被视为天基红外预警系统探测的主要信号源。通过飞行遥测实验测量喷焰辐射，虽然能获取最真实的数据，但实验成本较高，大量的、系统的实验测量是极其困难的。因此，迫切需要开发一种精确的喷焰辐射特性计算方法，实现在各种复杂的工况下精确计算喷焰辐射。

喷焰流场具有强烈的非均匀性，其温度、压强和浓度等特性的分布均具有强烈的梯度差。通过对固定方向上非均匀路径的谱线强度和半宽进行平均得到等效线强和等效半宽参数，将非均匀路径视为均匀路径，随后进行辐射传输计算，已经广泛应用于大气辐射传输的计算。然而喷焰的热力学状态与大气环境完全不同，具有高温、高压和强梯度差的特点。这种现象会导致平均半宽度对介质热力学状态(温度和总压)的依赖性更强，特别是在非均匀的高温高压流场中。

发明内容

本发明目的在于解决现有辐射特性计算方法不适用与高温、高压和强梯度差的高速飞行器喷焰辐射特性的计算，从而导致在非均匀的流场内，等效半宽对介质热力学状态的依赖性增强的技术问题，提出一种基于矫正函数的高速飞行器喷焰红外辐射特性计算方法，通过引入一个与非均匀喷焰热力学状态相关的矫正函数，对等效半宽进行矫正，将校正后的等效半宽应用于喷焰辐射特性的计算中，建立了一种精确的高速飞行器喷焰红外辐射计算模型，进而提高预警系统工作中威胁目标本体辐射信号的计算精度。

本发明的技术方案为：

一种基于矫正函数的高速飞行器喷焰红外辐射特性计算方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1、采用计算流体力学的方法计算高速飞行器喷焰的流场参数分布；所述流场参数包括温度T、压强P和气体浓度X_i，其中i表示气体种类；

S2、根据流场参数，将参考温度T_ref下的气体谱线参数外推为高温和高压环境下气体谱线参数，气体谱线参数包括谱线积分强度S和谱线半宽γ；

S3、根据高温和高压环境下气体谱线参数S_i和γ_i，计算高速飞行器喷焰组分的统计窄谱带参数；

S4、根据流场参数和统计窄谱带参数，计算高速飞行器喷焰非均匀路径的等效窄谱带参数；所述等效窄谱带参数包括等效半宽等效吸收系数等效间距

S5、根据等效窄谱带参数，计算矫正函数ξ(x_CG)，公式如下，

其中，x_CG为气体谱带吸收参数；a是一个与喷焰辐射组分分布有关的常数；

S6、根据矫正函数对等效半宽进行矫正，得到矫正后的等效半宽

S7、根据等效吸收系数等效间距及矫正后的等效半宽求解喷焰非均匀介质的窄谱带辐射透过率；