本發(fā)明涉及一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，屬于飛行器仿真。

背景技術(shù)：

1、目前對飛行器的探測主要采用雷達或紅外手段。由于采用隱身技術(shù)后飛行器的雷達散射截面(rcs)極小，特別是可主動發(fā)現(xiàn)并規(guī)避敵方探測雷達的隱身飛行器，正面雷達散射截面已分別低至0.001、0.1m2，這就迫使對方必須加大雷達搜索能量和掃描波束密度，而這無疑有利于隱身飛行器規(guī)避敵方雷達，反而增大了探測難度，因此現(xiàn)有的雷達探測手段已難以滿足對隱身飛行器的探測需求。與雷達信號相比，任何高于絕對零度的物體無時無刻不在向外輻射紅外能量，即便是采取了一系列隱身措施的飛行器，在高速飛行時由于發(fā)動機尾焰及蒙皮氣動熱的存在，仍不可避免地向外輻射能量，因此利用隱身飛行器的紅外輻射特性對其進行探測是一種切實有效的手段。這就需要典型隱身飛行器的輻射特性數(shù)據(jù)作為紅外探測系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)。然而，現(xiàn)有研究成果僅考慮了先進隱身飛行器的本征輻射強度，經(jīng)大氣衰減后的情況尚未充分研究，實際測試也并非切實可行的方案，這不利于紅外探測系統(tǒng)的準確設(shè)計，因此針對先進隱身飛行器開展經(jīng)大氣衰減的紅外輻射特性仿真研究工作迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，可以獲得隱身飛行器的外流場溫度、壓力分布特征，進而得到飛行器經(jīng)大氣衰減的紅外輻射特性仿真數(shù)據(jù)，以滿足紅外探測系統(tǒng)的設(shè)計需求。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，包括：

3、對飛行器幾何模型進行簡化，僅保留外部蒙皮及發(fā)動機噴口，并構(gòu)建其外流場；

4、對模型整體進行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分；

5、以得到的網(wǎng)格為基礎(chǔ)進行流場特征計算；

6、基于流場特征計算結(jié)果，進行隱身飛行器經(jīng)大氣衰減的紅外輻射特性計算。

7、優(yōu)選的，構(gòu)建外流場時，以飛行器機身軸線方向幾何尺寸l為基準，外流場模型長為10l～30l、直徑為5l～15l。

8、優(yōu)選的，外流場模型采用1/2圓柱模型。

9、優(yōu)選的，對模型整體進行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分時，在外部蒙皮及發(fā)動機噴口近壁面處，生成首層高度滿足y+>20的邊界層網(wǎng)格，在發(fā)動機噴口及尾焰附近進行局部加密，其中y+表示壁面法向距離，用于描述邊界層內(nèi)的相對位置。

10、優(yōu)選的，加密區(qū)長為1.5～3倍飛行器機身軸線方向幾何尺寸l，即1.5l～3l。

11、優(yōu)選的，進行流場特征計算時，需要考慮的模型為：

12、湍流模型選擇geko?k-ω模型或bsl?k-ω模型或sst?k-ω模型；

13、求解器類型選擇基于密度的隱式算法或基于壓力的耦合算法；

14、動量方程、能量方程和連續(xù)方程的離散方式為一階迎風差分格式或二階迎風差分格式；

15、固體表面的輻射換熱選擇離散坐標模型；

16、氣體組分模型選擇組分傳輸模型。

17、優(yōu)選的，進行流場特征計算時，需要考慮的參數(shù)具體為：

18、飛行高度選擇5～20km；

19、飛行馬赫數(shù)選擇0.8～2；

20、噴管進口截面邊界條件類型為壓力入口，總溫、總壓分別為573～673k、0.1～0.2mpa；

21、大氣環(huán)境邊界條件類型為壓力遠場，溫度、壓力分別為217～256k、5529～54048pa，密度類型為理想氣體；

22、噴口內(nèi)壁面發(fā)射率為0.7～0.8；

23、其余固體壁面為0.2～0.3，所有壁面均采用無滑移邊界條件。

24、優(yōu)選的，在進行紅外輻射特性計算時，參數(shù)設(shè)置具體為：

25、計算高度選擇5～20km；

26、像素密度控制因子選擇400～600，射線密度選擇10～20；

27、探測點俯仰角為-90°～90°，偏航角為0°～360°，以飛行器正尾后方向為0°探測點，正迎頭方向為180°探測點；

28、光譜區(qū)間設(shè)置為1～14μm，光譜分辨率為0.05～0.1μm；

29、探測距離設(shè)置為1～10km；

30、噴口內(nèi)壁面發(fā)射率為0.7～0.8，其余固體壁面為0.2～0.3。

31、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

32、(1)本發(fā)明所述方法可獲得隱身飛行器在任意探測角度及任意波段內(nèi)經(jīng)大氣衰減的紅外輻射特性數(shù)據(jù)，填補了相關(guān)領(lǐng)域的空白；

33、(2)本發(fā)明所述方法可行性強、操作簡便，所獲數(shù)據(jù)能滿足新型紅外探測系統(tǒng)設(shè)計需求，易于推廣。

技術(shù)特征：

1.一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，其特征在于包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，其特征在于：構(gòu)建外流場時，以飛行器機身軸線方向幾何尺寸l為基準，外流場模型長為10l～30l、直徑為5l～15l。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，其特征在于：外流場模型采用1/2圓柱模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，其特征在于：對模型整體進行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分時，在外部蒙皮及發(fā)動機噴口近壁面處，生成首層高度滿足y+>20的邊界層網(wǎng)格，在發(fā)動機噴口及尾焰附近進行局部加密，其中y+表示壁面法向距離，用于描述邊界層內(nèi)的相對位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，其特征在于：加密區(qū)長為1.5～3倍飛行器機身軸線方向幾何尺寸l，即1.5l～3l。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，其特征在于：進行流場特征計算時，需要考慮的模型為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，其特征在于：進行流場特征計算時，需要考慮的參數(shù)具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法，其特征在于：在進行紅外輻射特性計算時，參數(shù)設(shè)置具體為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及飛行器紅外輻射特性仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種隱身飛行器外流場及紅外輻射特性仿真計算方法。本發(fā)明提供的仿真方法，首先對隱身飛行器幾何模型進行簡化并構(gòu)建其外流場，其次對模型整體進行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，隨后以得到的網(wǎng)格為基礎(chǔ)進行流場特征計算，最后基于流場計算結(jié)果，進行隱身飛行器紅外輻射特性計算，可以獲得隱身飛行器經(jīng)大氣衰減的紅外輻射特性仿真數(shù)據(jù)，滿足新型紅外探測系統(tǒng)的設(shè)計需求。

技術(shù)研發(fā)人員：朱皓麟,鈕賽賽,周衛(wèi)文,隋鈞鋮,龍華保
受保護的技術(shù)使用者：上海航天控制技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2