飞行器红外辐射特征及发动机舱蒙皮降温规律研究

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1、中图分类号:V231.3论文编号:102870215-B009学科分类号:082502博士学位论文飞行器红外辐射特征及发动机舱蒙皮降温规律研究研究生姓名王杏涛学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向传热传质指导教师张靖周教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二○一五年四月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerResearchonInfraredRadiationPe

2、rformanceofAirVehicleandTemperatureReductionDisciplinarianofEngineNacelleSkinAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyWangXingtaoAdvisedbyProfessorZhangJingzhouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyApril

3、,2015承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学博士学位论文摘要战斗机超音速飞行使机身蒙皮受到强烈的气

4、动加热，同时后机身发动机舱蒙皮受到来自内部高温发动机壁面的加热，导致整机蒙皮成为8-14μm的主要红外辐射源；同时发动机排气喷管以及发动机腔体的高温可视部件是3-5μm波段的主要红外辐射源，这些红外辐射特征正是各种红外制导武器探测和跟踪的主要信号源。近年来随着以8-14μm波段红外辐射为目标的红外成像探测技术的发展，红外制导武器已经从单一的短波3-5μm波段制导向长波8-14μm波段发展，由点源探测能力逐步实现多波段的成像探测能力，使得红外制导武器对作战飞机的威胁更加严重，飞行器的红外隐身能力也变得

5、愈加重要，开展飞行器红外辐射特征分析及发动机舱蒙皮降温规律研究对于提高飞行器的红外隐身性能具有十分重要的应用价值和意义，本文主要的研究内容有以下几个方面：（1）针对一个固定翼飞行器简化模型，在飞行器机身温度场建模中综合考虑了超音速飞行气动加热、发动机舱内部流动换热，以及排气喷流对飞行器后体的传热影响，在此基础上计算得到了飞行条件下的外流场、整机蒙皮温度场以及红外辐射场的详细结果，并对其进行了分析。研究了飞行马赫数、蒙皮表面发射率、以及局部高温区蒙皮降温和降发射率等因素对飞行器整机红外辐射特征分布的影

6、响规律，得到了上述影响因素下的飞行器蒙皮红外辐射特征变化规律。（2）设计加工了发动机舱蒙皮降温实验系统，对通风冷却、辐射遮挡、传导隔热以及改变壁面发射率等措施的表面降温规律进行了实验研究，并根据实验工况进行了数值计算和传热分析，得到各种不同措施的降温规律；通过数值计算方法，分析了各种冷却措施在高空真实环境下的发动机舱表面降温效果。（3）数值研究了轴对称喷管和二元喷管的飞行器排气系统红外辐射特征，得到二元喷管对后机身气体和发动机腔体的红外辐射抑制效果；研究了单双发动机喷管对排气系统红外辐射的影响规律，

7、探讨了单发动机喷管和双发动机喷管红外辐射强度大小和分布特性；随后对整机模型的后机身排气结构进行一体化修型，增加喷管的延伸遮挡结构并研究其红外辐射的抑制效果。（4）计算得到不同缩比模型的飞行器蒙皮温度场和喷管流场，通过分析不同缩比模型的蒙皮红外辐射特征、喷管气体红外辐射特征以及喷管腔体的红外辐射特征，初步探讨了尺寸缩比因子与飞行器红外辐射强度的关系。（5）设计加工了缩比尺寸的飞行器试验模型，通过多路温度控制系统对其进行局部加热，模拟飞行器的气动加热温度场，然后采用红外热成像系统对机身温度场进行拍摄记录

8、，通过热I飞行器红外辐射特征及发动机舱蒙皮降温规律研究图像计算机处理得到试验模型的红外辐射亮度和不同视角下的红外辐射辐射强度；通过温度控制系统得到典型的蒙皮温度场分布，并通过在试验件表面涂覆低发射率涂层得到不同蒙皮表面发射率分布，采用实验的方法研究和验证了飞行器蒙皮表面温度和表面发射率对整机蒙皮红外辐射特征的影响规律。关键词：飞行器；红外辐射特征；发动机舱；缩比实验模型；表面降温；低发射率涂层应用。II南京航空航天大学博士学位论文AbstractAsaresultof