论文摘要：气动热环境下的球形头罩热辐射效应数值模拟

随着现代新军事技术变革的到来，采用红外成像系统进行探测、跟踪和制导，已经成为了当代各种高速精确制导武器系统的重要发展方向之一。当带有光学成像探测系统的飞行器在大气层中高速飞行时，其光学头罩和大气之间发生剧烈的相互作用，进而产生了严重的气动光学效应。其中光学头罩的气动热辐射效应会对成像器形成辐射干扰，导致光学成像探测系统成像质量下降，制导精度也因此而降低。本文通过理论分析和仿真计算对球形头罩热辐射的形成过程以及计算方法进行了研究。高超声速飞行器光学头罩的热辐射效应主要来自于高速飞行中产生的气动热，本文首先从光学头罩所处的气动热环境入手，对高温流场及头罩的温度分布情况进行数值模拟，并通过求解辐射传输方程，最终得到头罩的热辐射出射计算结果。论文的主要研究工作与创新如下： 1. 研究了对球形头罩及其绕流流场进行CFD数值模拟的网格划分，确定了对高速流场进行数值模拟时所需要的计算区域。通过求解Navier-Stokes方程组，确定了在飞行条件较为苛刻时较为精确的湍流计算模型。2. 通过流固热耦合计算得到头罩内部温度场及应力场的分布情况，并分析了气动热环境随飞行速度和高度的变化规律。3. 结合头罩材料的光学特性，求解头罩在弹光效应和热光效应作用下非均匀折射率场的分布，进而利用Runge-Kutta法获得光线在头罩内的传输路径。4. 利用离散弯曲光线轨迹法求解半透明介质内的热辐射传递，得到了头罩内表面热辐射强度的分布情况，并在此基础上结合光学系统成像模型，分析了头罩热辐射干扰对红外成像的影响规律。论文的研究工作较好地解决了气动热环境下高超声速飞行器球形头罩的热辐射计算问题，为进一步研究气动热辐射效应的抑制问题提供了依据。

 

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