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海天背景目标红外辐射特性研究

作　者: 李刘苗
导　师: 吴振森
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 光学
关键词: 海面热像气动加热海面目标表面温度红外辐射
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文基于红外辐射和传热学的基本理论,利用Modtran软件计算了红外波段的透过率,不同探测高度及不同观测时间的太阳光谱辐照度、大气与各类地表辐射亮度红外光谱分布;根据Jonswap海谱模型生成不同海况条件下海面网格模型,研究了海面各面元对太阳与大气背景辐射的光谱散射,结合海面红外自身辐射,计算海面红外辐射亮度,分析了中红外与远红外海面辐射亮度的特点;将红外辐射亮度映射到探测器的每个像素上,仿真了海面3~5μm和8~12μm红外辐射热图;考虑了气动加热对目标温度的影响,应用FLUENT软件数值分析了不同马赫数和不同攻角下的导弹外部可压缩绕流流场特性,并计算了不同时刻气动加热对目标温度的影响;综合考虑背景辐射、目标各面元之间的传导、气动加热等影响因素,利用热网络方程建立了目标表面温度场的理论模型;数值计算了不同飞行速度下目标表面的温度分布,以及考虑了太阳辐射、气动加热及天空大气辐射对目标表面温度的影响;并计算了太阳辐射、天空大气辐射、海面自身辐射和散射对目标表面辐射特性的影响;数值仿真分析了目标表面的温度分布及红外辐射亮度分布。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景及意义  10-12
  1.2 国内外研究动态  12-17
    1.2.1 红外热像研究  12-16
    1.2.2 气动加热研究动态  16-17
  1.3 论文主要工作及框架  17-20
第二章红外辐射基本理论  20-34
  2.1 辐射的基本概念  20-22
  2.2 红外辐射的基本定律  22-25
    2.2.1 物体的辐射与吸收——基尔霍夫定律  22-23
    2.2.2 黑体辐射的量子理论——普朗克辐射定律  23-24
    2.2.3 黑体辐射谱的移动——维恩位移定律  24
    2.2.4 黑体的全辐射量——斯蒂芬—玻尔兹曼定律  24-25
  2.3 辐射换热  25-27
    2.3.1 辐射换热角系数的概念  25-27
    2.3.2 辐射换热角系数的性质  27
  2.4 阳光、地球大气系统辐射  27-33
    2.4.1 大气透过率  28
    2.4.2 太阳辐射照度  28-30
    2.4.3 天空大气辐射亮度  30-31
    2.4.4 地背景辐射亮度  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章海面红外辐射成像  34-48
  3.1 概述  34
  3.2 海面高度与海浪谱模型  34-42
    3.2.1 线性波浪模型  35-36
    3.2.2 JONSWAP 功率谱模型  36-37
    3.2.3 斜率分量的计算  37-42
  3.3 辐射方程以及各辐射量的计算  42-45
    3.3.1 海面红外波段辐射方程  42
    3.3.2 海面自身辐射的计算  42-44
    3.3.3 海面对太阳辐射的散射  44-45
    3.3.4 海面对天空辐射的散射  45
  3.4 计算结果分析  45-46
  3.5 本章小结  46-48
第四章导弹目标气动加热特性的研究  48-68
  4.1 计算流体力学及目标气动加热简介  48-52
    4.1.1 计算流体力学及数值传热学简介  48-50
    4.1.2 气动加热的基本概念  50-51
    4.1.3 气动加热的研究方法  51-52
  4.2 气动加热的数值计算  52-60
    4.2.1 控制方程  52-54
    4.2.2 边界条件  54-55
    4.2.3 雷诺应力湍流模型  55-60
  4.3 目标空气动力特性  60-64
    4.3.1 网格剖分  60-61
    4.3.2 压力系数等值线  61-62
    4.3.3 等马赫数图  62-64
  4.4 气动加热数值模拟  64-67
    4.4.1 来流温度分布  64-65
    4.4.2 目标气动加热数值模拟  65-67
  4.5 本章小结  67-68
第五章目标表面辐射特性研究  68-82
  5.1 海面目标面元分析  68-70
    5.1.1 网格的划分  68-69
    5.1.2 目标各个面元节点坐标及法向的确定  69-70
  5.2 目标背景辐射热流  70-73
    5.2.1 太阳辐射热流  70-71
    5.2.2 天空大气辐射热流  71
    5.2.3 海面辐射热流  71-72
    5.2.4 目标自身的辐射  72
    5.2.5 传导  72
    5.2.6 气动加热的计算  72-73
  5.3 海面目标瞬态热分析数值方法  73-74
    5.3.1 热网络方程的建立  73-74
    5.3.2 目标表面温度场的求解  74
  5.4 目标表面温度场和红外辐射计算结果  74-78
    5.4.1 不同马赫数的温度对比  75
    5.4.2 太阳辐射对目标温度的影响  75-76
    5.4.3 气动加热对目标温度的影响  76-77
    5.4.4 天空大气辐射对目标温度的影响  77-78
  5.5 目标表面辐射特性的计算结果及分析  78-81
    5.5.1 目标的光谱辐射特性  78
    5.5.2 太阳辐射对目标辐射亮度的影响  78-79
    5.5.3 天空大气辐射对目标辐射亮度的影响  79-80
    5.5.4 海面自身辐射和散射对目标辐射亮度的影响  80-81
  5.6 本章小结  81-82
结束语  82-84
致谢  84-85
参考文献  85-90
作者在读期间的科研成果  90-91

海天背景目标红外辐射特性研究

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