[發明專利]尾噴焰紅外光譜輻射強度隨視向角擬合計算方法

有效

• 申請號: 201910251195.X
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109948284B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 包醒東;毛宏霞;王振華;余西龍;肖志河
• 申請（專利權）人: 北京環境特性研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫;譚輝

本發明涉及公開了尾噴焰紅外光譜輻射強度隨視向角擬合計算方法，包括步驟有：(1)實測獲取或利用精細建模方法計算得到尾噴焰正側向的紅外光譜輻射特性曲線；(2)根據所述尾噴焰的控制狀態參數，計算流場特征參數；(3)建立所述尾噴焰的各組分氣體吸收系數變化函數、所述尾噴焰的線寬隨波數變化函數和所述尾噴焰的溫度變化函數，迭代計算溫度隨波數變化曲線，優化所述紅外光譜輻射特性曲線；(4)將視向角和優化后的紅外光譜輻射特性曲線通過統計譜帶的解析模型，計算得到各視向角上的紅外光譜輻射強度。本發明解決了以往尾噴焰紅外光譜輻射強度隨視向角計算效率低的問題。

技術領域

本發明涉及數據處理技術領域，尤其涉及尾噴焰紅外光譜輻射強度隨視向角擬合計算方法。

背景技術

火箭發動機燃燒產生并經噴管加速形成的超音速尾噴焰，高溫高壓的尾噴焰會向空間輻射出強烈的紅外能量，這種火箭發動機尾噴焰的紅外信號特征被廣泛應用于目標探測、跟蹤及識別，這種現象受到廣泛關注。目標主動段的紅外輻射與發動機尾噴焰的結構(形狀、尺寸、壓力和溫度)和化學組分有關，在各海拔高度下又受到視向角的影響。傳統的數值計算方法是通過CFD方法計算得到某一海拔高度下準定常的尾噴焰流場特性(溫度、壓強、密度、組分濃度等)，以其為基礎，按待仿真的視向角，計算傳輸路徑上的尾噴焰氣體的吸收系數，再通過輻射傳輸方程計算得到視向的輻射特性(輻射強度)。這種方法可以獲取高精度特定視向角下的紅外光譜輻射強度，但是計算時間成本較大。

通過研究發現，各典型高度下尾噴焰的流場結構是相似的，即呈現出軸線方向高溫向徑向過渡到低溫的圓柱狀的包絡體，同時其投影面積又受視向角的影響。由于尾噴焰的物理形態及相關組分發射譜帶位置是固定的，本發明基于上述認識，采用譜帶內的工程解析方法，計算尾噴焰等效黑體的光譜輻射強度，并擬合建立光譜輻射強度隨視向角變化的關系曲線，從而實現對全空間尾噴焰紅外光譜輻射強度的快速預估。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中尾噴焰紅外光譜輻射強度隨視向角(特別是角度間隔很小情形下)計算效率低的問題，提供了一種尾噴焰紅外光譜輻射強度隨視向角擬合計算方法，能夠有效快速地實現計算。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種尾噴焰紅外光譜輻射強度隨視向角擬合計算方法，其改進之處在于：包括如下步驟：

(1)實測獲取或利用精細建模方法計算得到尾噴焰正側向的紅外光譜輻射特性曲線；

(2)根據所述尾噴焰的控制狀態參數，計算流場特征參數；

(3)建立尾噴焰的各組分氣體吸收系數變化函數、尾噴焰的線寬隨波數變化函數和尾噴焰的溫度變化函數，迭代計算溫度隨波數變化曲線，優化所述紅外光譜輻射特性曲線；

(4)將視向角和優化后的紅外光譜輻射特性曲線通過統計譜帶的解析模型，計算得到各視向角上的紅外光譜輻射強度。

優選的：步驟(1)所述利用精細建模方法計算得到尾噴焰正側向的紅外光譜輻射特性曲線，包括：

以發動機及飛行狀態的參數作為輸入條件，通過CFD建模方法仿真得到尾噴焰的流動特性參數；再以所述尾噴焰的流動特性參數為基礎，通過計算尾噴焰吸收系數和輻射傳輸方程，得到尾噴焰正側向的紅外光譜輻射特性曲線。

較優選的：步驟(2)包括：

當膨脹比k≤1.1時，計算所述尾噴焰的邊界條件，包括擴散的最大半徑R_{plume_max}和擴散的長度L_{plume_max}：

首先計算尾噴焰核心區的長度L_{plume_core}：