[發明專利]一種飛行器尾焰紅外輻射快速計算及動態仿真方法

在審

• 申請號: 201611062911.2
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106599400A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 李少毅;李蕊;李帥;張凱;楊堯
• 申請（專利權）人: 西安天圓光電科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務所61219
• 代理人: 孫衛增

1.一種飛行器尾焰紅外輻射快速計算及動態仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立飛行器發動機標準化模型，并獲取飛行器發動機的內流場參數；

步驟二：將步驟一中獲得的所述內流場參數輸入至FLUENT軟件中，并利用FLUENT軟件獲取所述飛行器高溫尾焰溫度場分布數據；

步驟三：通過步驟二所得出的所述高溫尾焰溫度場分布數據，利用CG譜線法計算獲取高溫尾焰層光譜透射率和層光譜輻射亮度；

步驟四：將步驟三中所獲得的所述高溫尾焰層光譜透過率和所述層光譜輻射亮度賦予OSG粒子系統，并通過所述OSG粒子系統實現飛行器尾焰高動態實時仿真。

2.如權利要求1所述的飛行器尾焰紅外輻射快速計算及動態仿真方法，其特征在于，所述步驟一具體采用如下方法實施：

通過三維虛擬仿真建模軟件建立典型飛行器發動機標準模型，對同一飛行狀態下不同發動機的工作狀態和不同飛行狀態下同一發動機工作狀態進行仿真，并計算出發動機的所述內流場相關參數，所述內流場參數包括飛行條件、來流邊界條件、流場入口、流場出口、飛機進氣口、飛機尾噴口及壁面。

3.如權利要求1或2所述的飛行器尾焰紅外輻射快速計算及動態仿真方法，其特征在于，所述步驟二采用如下方法實現：

將所述步驟一中所得到的發動機的所述內流場參數，作為尾噴管外流場計算輸入條件輸入至FLUENT軟件中，利用FLUENT軟件對所述飛行器機體及發動機高溫尾焰的外流場進行仿真，計算得到蒙皮的溫度場，尾焰的溫度場、壓力場以及CO₂和H₂O的濃度場，并建立燃氣組分CO₂，H₂O的分子譜線輻射光譜參數數據庫，以得出CG譜線法所需的每條譜線的譜線位置、譜線強度、譜線半寬特性參數。

4.如權利要求3所述的飛行器尾焰紅外輻射快速計算及動態仿真方法，其特征在于，所述步驟三采用如下方法實現：

將尾焰橫截面軸向和徑向進行分層，將步驟二中獲取的高溫尾焰溫度場分布作為已知條件，通過CG譜線法預計算分層后每一層的層光譜透過率和層光譜輻射亮度。

5.如權利要求4所述的飛行器尾焰紅外輻射快速計算及動態仿真方法，其特征在于，所述通過CG譜線法預計算分層后每一層的層光譜透過率和層光譜輻射亮度的步驟如下：

3.1、通過計算得出每一層的標準狀態厚度，

其中，Δu_m為各層標準狀態厚度，Δl_m表示每層幾何厚度，T_m表示每層溫度，P_m表示組分壓強，m為層數；

3.2、通過以下計算得出譜線展寬：

3.2.1)碰撞展寬的半寬度為：

${\left({\mathrm{\γ}}_c\right)}_{m,\mathrm{\ω}}=\[\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{\left({\mathrm{\γ}}_{ij}\right)}_{273}{p}_j{\left(\frac{273}{T_m}\right)}^{{\mathrm{\η}}_{ij}}\]+{\left({\mathrm{\γ}}_{ii}\right)}_{273}{p}_i{\left(\frac{273}{T_m}\right)}^{{\mathrm{\η}}_{ii}}$

其中，(γ_ij)₂₇₃、η_ij、(γ_ii)₂₇₃、η_ii均為展寬參數，i為輻射組分，j為其他組分，p_j為組分j的組分壓強，p_i為組分i的組分壓強，ω為波數；

3.2.2)多普勒展寬的半寬度為：

其中，ω為波數，M為組分分子量，其中，M為各組分的分子量，

3.3、光譜透射率計算：

尾焰輻射包括水、二氧化碳氣體分子在一定波段范圍內的輻射，尾焰中組份吸收波帶范圍如下：

CO₂:4.3um帶2200～2390cm^-1，2.7um帶3400～3700cm^-1，

H₂O:6.3um帶1150～2200cm^-1，2.7um帶2900～4500cm^-1，1.9um帶4950～5800cm^-1；

通過分子譜線庫并利用線性插值計算各組份在每層、每個波數上的光譜吸收系數K_m和譜線密度(1/d)_m,ω：

3.3.1)通過公式分別計算出水和二氧化碳的弱線極限光學深度，m為層數，ω為波數，K_m，ω為m層ω波的光譜吸收系數；

3.3.2)通過公式分別計算出水和二氧化碳的洛侖茲線精細結構參量；

3.3.3)通過公式分別計算得出水和二氧化碳的多普勒線精細結構參量；

3.3.4)通過公式和計算得出水和二氧化碳的純碰撞光學深度；

3.3.5)通過公式計算得出水和二氧化碳的純多普勒光學深度；

3.3.6)通過公式總得出水和二氧化碳的光學深度；

3.3.7)通過公式得出水和二氧化碳的每層的光譜透射率，并將水和二氧化碳的每層光譜透射率進行相乘運算得出同時含有水和二氧化碳的層光譜透射率；

3.3.8)通過公式計算得出m層ω波的光譜輻射亮度，其中

h為普朗克常數，c為光速，ω為波數，K_B為玻爾茲曼常數；τ_m-t,ω為第m-t層第ω波的光譜透射率；

3.3.9)通過公式計算得出每層的光譜輻射亮度，其中，Δω為波數間隔。