亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        紅外系統(tǒng)對隱身飛機(jī)的探測距離分析

        2013-10-25 05:26:10何建偉
        激光與紅外 2013年11期
        關(guān)鍵詞:發(fā)射率輻射強(qiáng)度波段

        何建偉,曹 晨,張 昭

        (中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院,北京100041)

        1 引言

        隨著武器裝備技術(shù)的發(fā)展,隱身化技術(shù)已成為先進(jìn)航空裝備的重要特征。如何應(yīng)對隱身飛機(jī)帶來的威脅成為世界各國面臨的一大難題??罩袡C(jī)動裝備不可避免地產(chǎn)生的紅外輻射特性,使得紅外系統(tǒng)在空中機(jī)動目標(biāo)探測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-4],紅外探測自然也成為人們應(yīng)對隱身飛機(jī)威脅所考慮的手段。目前,針對紅外探測隱身目標(biāo)的研究較少,缺乏較深入細(xì)化的分析。本文就隱身飛機(jī)紅外探測問題,從目標(biāo)特性、大氣傳輸、系統(tǒng)自身三方面,分析紅外隱身后目標(biāo)紅外特征變化對探測的影響,總結(jié)有利于遠(yuǎn)程紅外探測的大氣傳輸規(guī)律,分析系統(tǒng)可控參數(shù)對作用距離提升的影響,估算紅外系統(tǒng)對隱身飛機(jī)的探測距離,探討紅外系統(tǒng)對隱身飛機(jī)的遠(yuǎn)程預(yù)警應(yīng)用。

        2 隱身飛機(jī)紅外輻射特征對探測的影響

        高速飛行的飛機(jī)產(chǎn)生的紅外輻射來源于發(fā)動機(jī)尾噴口熱輻射,發(fā)動機(jī)排出的尾焰輻射,飛行氣動加熱形成的蒙皮輻射以及飛機(jī)對環(huán)境輻射(太陽、地面和天空)的反射。對于發(fā)動機(jī)尾噴管和排氣尾焰,紅外隱身技術(shù)采取的措施有發(fā)動機(jī)隔熱、異形噴管、發(fā)動機(jī)及噴管結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化、排氣出口調(diào)整遮蔽、噴射冷卻劑等[5-6],達(dá)到減小、變向、遮蔽尾噴管和排氣尾焰紅外輻射的目的。對蒙皮輻射和環(huán)境輻射反射,紅外隱身技術(shù)采取的措施主要是利用紅外隱身涂料,通過改變目標(biāo)表面發(fā)射率,調(diào)整表面溫度及輻射特征以實現(xiàn)目標(biāo)的低可探測性[7-9]。隱身飛機(jī)的目標(biāo)紅外特征,在飛機(jī)尾部,紅外輻射出現(xiàn)方向和強(qiáng)度上的變化;在全機(jī)身,輻射發(fā)生強(qiáng)度上的變化。對探測距離的分析需要考慮飛機(jī)尾部輻射方向性和隱身涂料發(fā)射率的影響。

        2.1 尾部輻射方向性對探測的影響

        飛機(jī)尾部輻射主要來源于發(fā)動機(jī)尾噴口輻射和排出尾焰輻射。兩者輻射強(qiáng)度與發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)及所用燃料密切相關(guān),其方向性由尾噴管決定。以美國用于隱身飛機(jī)的某型號發(fā)動機(jī)為例[10],該型發(fā)動機(jī)采用二元矢量收斂-擴(kuò)張噴管,可在俯仰方向可作±20°的偏轉(zhuǎn)。二元矢量噴管的結(jié)構(gòu)布局改善了排出尾焰與大氣的摻混能力,高溫燃?xì)夂芸煸诖髿庵泻纳?。針對可偏轉(zhuǎn)的矢量噴管紅外輻射特性的計算研究表明[11],噴管出口平面向后半球的最大輻射強(qiáng)度位于噴管的偏轉(zhuǎn)方向上,在其高低角方向上,隨角度的增大輻射強(qiáng)度下降明顯??烧J(rèn)為采用矢量噴管的飛機(jī)尾部輻射具有較強(qiáng)的方向性并具備一定的機(jī)動性。從飛機(jī)前半球方向探測,產(chǎn)生的輻射更容易被飛機(jī)機(jī)身遮擋;由于矢量噴管的可偏轉(zhuǎn)機(jī)動性,即使不受遮擋,在方向上,隱身飛機(jī)尾部產(chǎn)生的輻射進(jìn)入紅外系統(tǒng)探測視場也具有一定的隨機(jī)性,不利于系統(tǒng)的探測。考慮到這種不利影響,在系統(tǒng)探測距離分析中,對隱身飛機(jī)目標(biāo)輻射強(qiáng)度的估算暫不考慮尾部輻射的貢獻(xiàn)。

        2.2 隱身涂料發(fā)射率對探測的影響

        氣動蒙皮輻射和環(huán)境輻射反射形成的輻射通量密度可表示為:

        式中,εt為表面發(fā)射率;σ為斯蒂芬-玻耳茲曼常數(shù);Tt為飛機(jī)表面溫度;He為環(huán)境輻射輻照度。

        式(1)表明,隱身飛機(jī)機(jī)身產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度與飛機(jī)表面溫度、表面發(fā)射率及環(huán)境輻射有關(guān)。表面溫度是飛機(jī)從高速飛行產(chǎn)生的高溫高壓氣動附面層內(nèi)吸收的熱量和表面向外輻射熱量之間的熱平衡值。當(dāng)所吸收的熱量相同時,低發(fā)射率的表面向外輻射的熱量小,溫度增加幅度大于高發(fā)射率表面。分析隱身涂料造成的影響,不僅要考慮低的表面發(fā)射率,還要考慮因減低發(fā)射率導(dǎo)致的溫度變化。

        正常情況下,飛機(jī)的表面溫度近似等于氣動附面層的溫度,由下式計算[12]:

        式中,T0為周圍大氣溫度;r為恢復(fù)系數(shù),一般取r=1.4;γ=1.4為空氣定壓熱容量和定容熱容量之比;M為飛行馬赫數(shù)。

        采用隱身涂料后,改變了飛機(jī)表面的輻射發(fā)射率,存在兩種可能:一是減小了全光譜段的發(fā)射率;二是只減小了大氣傳輸窗口波段的發(fā)射率,其余波段的發(fā)射率不變。如果涂料的全光譜段發(fā)射率均減小,表面向外輻射能量能力減弱,從氣動附面層吸收相同熱量達(dá)到熱平衡時,相對于常規(guī)飛機(jī),采用涂料的飛機(jī)自身溫度將大幅增加。如果不采取額外降溫措施,將不利于飛機(jī)的紅外隱身。

        本文主要討論選擇性發(fā)射率隱身涂料,即處于大氣傳輸窗口的波段發(fā)射率減小,其余波段發(fā)射率不變。假設(shè)減小的是紅外中波段3~5 μm和長波段8~12 μm的發(fā)射率,紅外隱身前和隱身后,由于飛機(jī)表面從氣動附面層吸收了相同熱量,根據(jù)能量守恒,達(dá)到熱平衡時,表面向外輻射的總通量密度不變,有:

        式中,ε0,ε'分別為隱身前和隱身后的表面發(fā)射率;T'為隱身后飛機(jī)的表面溫度;W3~5μm、W8~12μm分別為T'溫度下3~5 μm和8~12 μm 波段的輻射通量密度,根據(jù)普朗克公式計算:

        式中,c1為第一輻射常數(shù);c2為第二輻射常數(shù);λ為波長。

        假設(shè)隱身前的表面發(fā)射率ε0=0.8,根據(jù)式(3)計算飛行高度10 km,不同ε'下飛機(jī)的表面溫度變化情況,結(jié)果如圖1所示。

        圖1 隱身前后飛機(jī)表面溫度

        由于表面發(fā)射率的變化,飛機(jī)表面溫度較隱身前有所升高,所輻射的3~5 μm和8~12 μm波段的輻射通量密度變化情況如圖2所示。

        圖2 隱身前后輻射通量密度變化情況

        從計算結(jié)果看,紅外隱身涂料的采用降低了飛機(jī)表面3~5 μm波段和8~12 μm波段的輻射通量密度,且隨著飛行速度的增加,兩波段的輻射通量密度下降的效果越明顯。在這兩波段上,表面發(fā)射率越低,輻射通量密度減少越多。

        除了飛機(jī)表面產(chǎn)生的輻射,還應(yīng)考慮表面對環(huán)境輻射的反射。根據(jù)式(1),反射的環(huán)境輻射與表面發(fā)射率有關(guān)。為更詳細(xì)分析涂料表面發(fā)射率對目標(biāo)輻射特性的影響,計算了包括環(huán)境輻射發(fā)射在內(nèi)的飛機(jī)紅外隱身前后不同表面發(fā)射率的正迎頭輻射強(qiáng)度,如圖3所示,飛機(jī)正迎頭面積取2.5 m2,飛行高度10 km,環(huán)境輻射亮度300 W/m2。

        圖3 隱身前后目標(biāo)輻射強(qiáng)度變化情況

        從圖3看,環(huán)境輻射對目標(biāo)3~5 μm波段的輻射特性影響較大,對8~12 μm波段的輻射特性影響小。對3~5 μm波段,在飛機(jī)亞音速和低超音速飛行階段,表面發(fā)射率越低,由于環(huán)境輻射的反射,輻射強(qiáng)度反而越大;在高超音速飛行階段,表面發(fā)射率越低,輻射強(qiáng)度越小,隱身涂料在飛機(jī)高超音速飛行階段有效減小該波段的輻射強(qiáng)度。這是由于飛機(jī)亞音速飛行時,3~5 μm波段的蒙皮輻射較小,而該波段的環(huán)境輻射相對較大,表面反射了大部分的環(huán)境輻射,使總的輻射強(qiáng)度增大;高超音速飛行時,3~5 μm波段的蒙皮輻射大于所反射的環(huán)境輻射,環(huán)境輻射的影響變小。對8~12 μm波段,飛機(jī)從低速到高速飛行的全階段,隱身涂料有效減小了該波段的輻射強(qiáng)度,涂料表面發(fā)射率越低,輻射強(qiáng)度減小越明顯。

        總的來看,紅外隱身技術(shù)的采用降低了飛機(jī)紅外輻射特征的可探測性,對探測產(chǎn)生不利的影響,但并非不可探測。為減小紅外隱身技術(shù)帶來的不利影響,實現(xiàn)隱身飛機(jī)的紅外探測,需要發(fā)揮有利于提升紅外探測距離的影響因素,使紅外系統(tǒng)在合適的大氣條件環(huán)境下工作,提高系統(tǒng)遠(yuǎn)距離探測能力。

        3 遠(yuǎn)程大氣傳輸

        對遠(yuǎn)程大氣傳輸?shù)姆治鲋饕紤]目標(biāo)和探測器在不同高度時,遠(yuǎn)距離大氣傳輸路徑的大氣透過率情況。采用Modtran4.0大氣傳輸計算軟件進(jìn)行計算,設(shè)定的大氣條件為中緯度夏季,運行模式為散射輻射,應(yīng)用氣溶膠模型為鄉(xiāng)村消光系數(shù),氣象視距23 km,無云無雨。計算目標(biāo)、觀測點在不同高度時,傳輸路徑上典型的紅外大氣窗口波段3~5 μm及8~12 μm的平均大氣透過率變化情況,結(jié)果如圖4所示。

        圖4 目標(biāo)與觀測點處于不同高度的大氣透過率情況

        從圖4看出,目標(biāo)與觀測點處于不同高度時,兩者間傳輸路徑的大氣透過率差距較大。高空大氣傳輸路徑的大氣透過率明顯高于低空。在高空,8~12 μm波段的大氣透過率優(yōu)于3~5 μm波段,隨高度的降低,8~12 μm波段的大氣透過率下降幅度大于3~5 μm波段,低空中3~5 μm波段透過率優(yōu)于8~12 μm波段。從探測角度分析,紅外系統(tǒng)空中探測相對于地面探測在大氣透過率上獲益大,探測距離可得到相應(yīng)提高;對高空目標(biāo),探測波段適合采用8 ~12 μm 波段,對低空目標(biāo),適合采用3 ~5 μm 波段的探測器。

        4 作用距離分析

        紅外系統(tǒng)的作用距離可由下式表示[10]:

        式中,J為目標(biāo)輻射強(qiáng)度;τa為大氣透過率;D0為光學(xué)系統(tǒng)入射口徑;NA為光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑;τ0為光學(xué)系統(tǒng)至探測器間的光譜透過率;D*為探測器歸一化的探測度;ω為探測器的瞬時視場;Δf為等效噪聲帶寬為系統(tǒng)正常工作所需的最小信噪比。

        式(5)中列出了決定系統(tǒng)作用距離的各項因素,等號右邊第一項為目標(biāo)紅外特性與大氣透過率,第二項為光學(xué)系統(tǒng),第三項為探測器性能,第四項為系統(tǒng)信號處理特性。在探測器性能一定的情況下,提升作用距離可從光學(xué)系統(tǒng)和系統(tǒng)處理系統(tǒng)兩方面進(jìn)行,可控的參數(shù)為光學(xué)系統(tǒng)入射口徑、數(shù)值孔徑和系統(tǒng)最小信噪比。在實際應(yīng)用中,光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑通常受探測器尺寸和視場的限制,可供選擇的范圍有限,對作用距離的分析主要考慮光學(xué)系統(tǒng)入射口徑和檢測信噪比的影響。

        從式(5)直觀看,在其余參數(shù)一定的情況下,作用距離與光學(xué)系統(tǒng)入射口徑的平方根成正比,與信噪比平方根成反比。但實際上,隨著作用距離的提升,大氣傳輸過程中衰減越嚴(yán)重,實際提升的距離將受到限制?;诒疚那笆瞿繕?biāo)與大氣透過率分析結(jié)果,計算分析在大氣衰減情況下,光學(xué)系統(tǒng)口徑和檢測信噪比對作用距離的影響,結(jié)果如圖5、圖6所示。圖5為某一檢測信噪比下,隱身前后作用距離與光學(xué)系統(tǒng)口徑的關(guān)系,圖6為某一口徑下,隱身前后作用距離與檢測信噪比的關(guān)系。目標(biāo)飛行高度10 km,飛行速度1.2Ma,探測器高度10 km,探測器響應(yīng)波段7.7~9.5 μm。

        比較圖5和圖6曲線變化趨勢,系統(tǒng)正常工作所需的最小檢測信噪比對作用距離的影響大于光學(xué)系統(tǒng)口徑。為提升紅外系統(tǒng)的作用距離,可采取降低最小檢測信噪比和增大光學(xué)系統(tǒng)口徑兩方面措施,且應(yīng)優(yōu)先考慮改善檢測信噪比。

        假設(shè)采用φ350 mm光學(xué)口徑,檢測信噪比為3的紅外系統(tǒng),在10 km高空探測飛行高度為10 km的飛機(jī)目標(biāo),其作用距離計算結(jié)果如圖7所示??梢?,紅外隱身涂料有效降低了目標(biāo)的可探測距離。從圖7還可看出,紅外隱身前后,系統(tǒng)探測距離的減少幅度,在高速飛行階段大于低速飛行階段,即紅外隱身涂料在高速飛行階段產(chǎn)生的隱身效果大于低速飛行階段。

        圖7 紅外系統(tǒng)作用距離

        5 結(jié)論

        紅外隱身技術(shù)的采用,使隱身飛機(jī)目標(biāo)的紅外特征受到抑制,降低了目標(biāo)的可探測性。理論計算表明,低的信號檢測信噪比和大光學(xué)系統(tǒng)口徑的紅外系統(tǒng)可實現(xiàn)對隱身飛機(jī)的遠(yuǎn)距離探測。在高空條件下,對飛行速度在亞音速以上(>0.8 Ma)的隱身飛機(jī),紅外系統(tǒng)可實現(xiàn)大于250 km的迎頭探測,可成為隱身飛機(jī)預(yù)警應(yīng)用中供選擇的探測手段。

        [1] T C Brusgard.Distribute-aperture infrared sensor systems[J].SPIE,1999,3698:58 -66.

        [2] M Scheuer.FLIR/IRST of the european fighter aircraft[J].SPIE,2002,4714:1 -10.

        [3] I Andersson.SAAB IRST:the system and flight trials[J].SPIE,2003,4820:69 -83.

        [4] Z Schneider.ELTA’s IRST defense and self-protection system[J].SPIE,2007,6542:654232.

        [5] Jiang Yaoting,Pan Lina.Infrared physics and infrared stealth technology[J].Laser & Infrared,2000,30(4):232 -233.(in Chinese)蔣耀庭,潘麗娜.紅外物理與紅外隱身技術(shù)[J].激光與紅外,2000,30(4):232 -233.

        [6] Wang Zhong,Wang Hong,Sun Mei.Infrared radiation and anti-infrared technology of the solid propellants rocket[J].Laser& Infrared,2003,33(5):323 -324.(in Chinese)王中,王宏,孫美.固體火箭發(fā)動機(jī)紅外輻射及抑制技術(shù)[J].激光與紅外,2003,33(5):323 -324.

        [7] Song Xinbo,Lu Xueyan,Zhang Jianjun.Study on the infrared stealth technology of plane[J].Laser & Infrared,2012,42(1):3 -7.(in Chinese)宋新波,呂雪艷,章建軍.飛機(jī)紅外隱身技術(shù)研究[J].激光與紅外,2012,42(1):3 -7.

        [8] Zhu Yongan,Yao Lanfang,Wang Guoqing,el al.Development of study on infrared stealthy materials[J].Materials Review,2006,20(Ⅶ):319 -322.(in Chinese)朱永安,姚蘭芳,汪國慶,等.紅外隱身涂料的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報,2006,20(Ⅶ):319 -322.

        [9] Chen Xuan,Yang Li,Zhang Xiaohuai.Judgment Criterion of Infrared Camouflage Coating Technology of Targets[J].Opto-Electronic Engineering,2008,35(10):43 - 47.(in Chinese)陳翾,楊立,張曉懷.目標(biāo)紅外涂料隱身技術(shù)評判標(biāo)準(zhǔn)研究[J].光電工程,2008,35(10):43 -47.

        [10] Brief introduction for afterburning turbofan engines of F119-PW -100[J].Gas Turbine Experiment and Research,2000,2:49.(in Chinese)F119-PW-100加力式渦扇發(fā)動機(jī)簡介[J].燃?xì)鉁u輪試驗與研究,2000,2:49.

        [11] Zhang Xiaoying,Wang Xianwei.Numerical research of infrared characteristics of axial-symmetrical vectored nozzle[J].Journal of Aerospace Power,2004,19(5):366 -369.(in Chinese)張小英,王先煒.軸對稱矢量噴管紅外特性的數(shù)值計算研究[J].航空動力學(xué)報,2000,19(5):366 -369.

        [12] R D Hudson,JR.Infrared system engineering[M].Hoboken,New Jersey:John Wiley & Sons,Inc.,1969:101,420.

        猜你喜歡
        發(fā)射率輻射強(qiáng)度波段
        春日暖陽
        氧氣A(O,O)波段氣輝體發(fā)射率和臨邊輻射強(qiáng)度模擬與分析
        低溫狀態(tài)下的材料法向發(fā)射率測量
        M87的多波段輻射過程及其能譜擬合
        基于模擬太陽輻射強(qiáng)度對自然循環(huán)式PV/T系統(tǒng)的實驗研究
        日常維護(hù)對L 波段雷達(dá)的重要性
        西藏科技(2015年4期)2015-09-26 12:12:58
        紅外地球敏感器輻射強(qiáng)度在軌數(shù)據(jù)分析*
        塔克拉瑪干沙漠地表發(fā)射率及分布變化特征
        不透明材料波段法向發(fā)射率在線測量方法
        L波段雷達(dá)磁控管的使用與維護(hù)
        河南科技(2014年18期)2014-02-27 14:14:53
        精品视频手机在线免费观看| 国产精品天天在线午夜更新| 又大又粗弄得我出好多水| 国产精品一卡二卡三卡| 亚洲一区二区视频免费看| 亚洲精品国产av成人精品| 人人爽久久涩噜噜噜丁香| yeyecao亚洲性夜夜综合久久| 色窝综合网| 国产一级黄色片在线播放| 风流老太婆大bbwbbwhd视频| 99久久精品费精品国产一区二区| 在线观看精品国产福利片100| 亚洲一区二区三区厕所偷拍| 婷婷久久国产综合精品| 国产三级精品三级在线观看| 国产a级午夜毛片| 国产一区二区三区免费小视频| 日韩中文字幕在线观看一区 | 91久久精品美女高潮喷白浆| 内射口爆少妇麻豆| 国产午夜视频在线观看| 国产一级淫片a免费播放口| 亚洲精品一区二区三区新线路| 狠狠色丁香婷婷久久综合| 亚洲av无码片在线观看| 亚洲熟妇久久精品| 亚洲欧美综合在线天堂| 黄色录像成人播放免费99网| 精品人妻av一区二区三区四区| 肉色欧美久久久久久久免费看| 无码毛片aaa在线| 国产精品一区二区三密桃| 亚洲一二三四区免费视频| 国产农村妇女精品一二区| 被黑人做的白浆直流在线播放| 国产精品黄页免费高清在线观看| 国产在线无码一区二区三区视频| 久久人人爽人人爽人人av| 99re6久精品国产首页| 国产av熟女一区二区三区密桃|