大气层内高超声速飞行器光辐射特性建模

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1、国内图书分类号：TK123学校代码：10213国际图书分类号：621.1.016.7密级：工学硕士学位论文大气层内高超声速飞行器光辐射特性建模硕士研究生：林妍导师：董士奎教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2010年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK123U.D.C:621.1.016.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMODELINGOFOPTICALRADIATIVECHARACTERISTICSOFHYPERSON

2、ICVEHICLEINTHEATMOSPERECandidate:LinYanSupervisor:Prof.DongShikuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:EngineeringThermophysicsAffiliation:SchoolofEnergyScience&EngineeringDateofOralExamination:July,2010University:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要临近空间高超声速飞行器

3、因其飞行速度快、机动性好等特性具有极高的军事应用价值。高超飞行器在大气层内飞行时本体辐射、激波层辐射、太阳反照等因素使其具有复杂的光辐射特征。因此从高超声速攻防对抗角度考虑，研究临近空间高超声速飞行器的辐射特性具有重要价值。基于以上背景，本文开展了典型高超声速飞行器红外光谱辐射特性理论建模和数值模拟研究，重点分析了飞行器在3-5μm和8-12μm波段红外光谱辐射特性。主要研究内容包括：1.高超飞行器表面温度工程计算采用工程算法计算高超声速飞行器气动热和壁面瞬态温度，并验证该算法的可靠性，最终得出典型飞行器在不同飞行高度、速度和环境下的壁面热流和壁面温度分布。2.高温

4、空气组分辐射物性参数计算扩展已有的“高温流场光谱辐射特性参数计算软件”的计算能力，在电子跃迁红外辐射计算中加入NO分子11000埃电子跃迁带系，并将多原子分子振转跃迁红外辐射计算的温度区间由3000K扩展到8000K，并对以上计算过程加以验证，在此基础上对不同组分气体不同温度下的红外光谱辐射特性进行分析。3.高超飞行器光谱辐射特性反向蒙特卡洛法模拟在得出壁面温度分布和高温气体红外光谱辐射特性的基础上，编制高超声速飞行器的红外光谱辐射特性反向蒙特卡罗法模拟程序；计算并分析太阳反照、复杂外形典型结构间辐射交换对表观辐射特性的影响；获得高超声速飞行器在飞行过程中3-5μm

5、和8-12μm波段红外光谱辐射特性。关键词：临近空间；高超声速飞行器；光辐射特性；气动热；高温空气红外辐射-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractHypersonicvehicleinnearspace，becauseofitshighspeed，andgoodmobilityandsoon，hasahighmilitaryvalue．Whenhypersonicaircraftflyinginnearspace，self-radiation，radiationfromtheshocklayer，andreflectradiationfromthesun

6、andsoonwillcausecomplexopticalradiationcharacteristics．Therefore，consideringonthehypersonicattackanddefense，researchontheradiationcharacteristicsofahypersonicvehicleinnearspaceisveryimportant．Basedonthebackgroundabove，thepapermainlyresearchesonthetheoreticalmodelingandnumericalsimulati

7、onofinfraredspectralradiationcharacteristicsoftypicalhypersonicvehicle，andanalysisoftheinfraredspectralradiationcharacteristicsofthehypersonicvehicleinnearspaceinthebandsof3-5μmand8-12μm．Themaincontentsinclude：1．CalculationofthesurfacetemperatureofvehicleswithanengineeringmethodCalcu