基于瞬态球状热斗篷的浅层地下目标红外隐身技术研究

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1、基于瞬态球状热斗篷的浅层地下目标红外隐身技术研究*夏舸，杨立，寇蔚，杜永成（海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033）摘要：由于浅层地下目标与背景土壤的热物性不同，影响了整个区域表面的温度场分布，容易被敌方探测系统发现并击毁。针对这一问题，考虑太阳辐射、天空辐射以及风速的影响，本文建立了埋藏地下目标的区域温度分布传热模型，揭示了不同时段埋藏地下目标对区域表面温度场的影响。在变换热力学的基础上，通过坐标变换的方法，推导出球状瞬态热斗篷的导热系数的通解表达式；根据等效介质理论，对设计的热物性参数进行均质化，并通过数值实验方法验证了基于热斗篷地下目

2、标红外隐身技术的可行性。关键词：浅层地下目标；红外探测；热斗篷；温度场中图分类号：TK124     文献标志码：A　　　文章编号： ResearchoninfraredstealthtechniqueforsubsurfacetargetbasedontransientsphericalthermalcloakXIAGe，YANGLi，KOUWei，DUYongcheng(CollegeofPowerEngineering,NavalUniversityofEngineering,WuHan430033,China)Abstract：Becaus

3、eofthedifferenceofthermalphysicalpropertiesbetweensubsurfacetargetandthesoil,thetemperaturefielddistributiononthesurfaceofthewholesoilareaisinfluencedandthetargetiseasilydetectedanddestroyedbyenemy.Tosolvethisproblem,takingaccountoftheinfluenceofsolarradiation,skyradiationandw

4、indspeed,Weestablishedheattransfermodeloftemperaturedistributionoftheregioncontainingburiedtargetinthepaper,whichrevealedtheimpactofburiedtargetontheregionaltemperaturefieldduringdifferenttime.Basedonthetransformationthermodynamics,thethermalconductivitygeneralexpressionsofsph

5、ericaltransientthermalcloakwasderivedbythemeansofcoordinatetransformation,.Accordingtotheequivalentmediumtheory,wehomogenizedthedesignedthermalphysicalparametersandverifiedthefeasibleoftargetinfraredstealthtechnologybasedonthethermalcloakbynumericalmethod.Keywords:subsurfaceta

6、rget，infrareddetection，thermalcloak，temperaturefield*收稿日期：2015-07-03基金项目：国家自然科学基金资助项目（11504426）；国家部委基金资助项目（1010502020202）。作者简介：夏舸（1989-），男，博士研究生，Email：xiage123123@163.com。杨立（通信作者），男，教授，博士，博士生导师，Email：lyang39@hotmail.com随着地下目标红外探测技术的发展与成熟，浅层地下目标受到的红外威胁日益严重[1],这促进了红外隐身技术的迅猛发展，世界

7、各国都积极研究各种新型红外隐身技术对目标进行伪装[2]。目前，热斗篷作为一种热超构材料，通过设计材料热物性参数可以使得热流平滑地绕过保护区域，并且不影响斗篷外部温度场，从而达到热隐身的效果[3]。2008年，C.Z.Fan等人[4]发现热传导方程在变换的坐标系下具有形式不变性，并设计了球形和扁球形的稳态热斗篷。热流进入这种热斗篷后会绕过内部目标区域，最终返回到原来的路径传递出去。2012年,S.Narayana等人[5]根据多层复合材料的构建方法，设计出一类人工超材料来控制热流的传递方向，并通过实验验证其正确性。在此基础上，Schittny等人[6

8、]利用铜片和PDMS两种材料交替排列构建10个等厚度的环，从而实现热斗篷热物性参数均质化。2015年胡润等人[7]通过类比