计算空气动力学飞机红外辐射强度估算方法
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收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ６ ２ １ —５０ 修 回 日期 ： ０ ０ ０ — ８ ２ １ — ７０
和 红外 制导 导弹 的 重 要 信号 源 ［ 】在 电 磁波 谱 中， ２ ， ３ ｍ～５ ｍ和 ８肿 ～１ ｍ 波 段红 外 技术 在 军 事 ４ 系统 中 占有十分 重要 地位 。 目前 ， 对 红外 辐 射 强度 的计算 提 出了多 种 模 针
引 言
飞机 作战生 存力 （ ｓ 定义 为 飞机躲 避 或承受 Ａｃ ） 人 为敌对 环境 的能力 ［ ， 】 由此 生存 力 可分 为两 部分 ： ］
敏感 性和 易损性 。敏 感性 是指 飞机 容易 被敌 方非终 端威 胁探测 、 别 、 识 跟踪 、 中的性 质 ， 易损性 则是 命 而 研 究 飞机 在 被 敌 方 终 端 威 胁 命 中后 容 易 毁 伤 的特 性 。本 文所 涉及 的 飞机红 外辐 射强 度估算 是 敏感性 研究 的重要 内容 。飞机红 外辐 射是 防空 系统传 感器
果， 初步验证了所提 出方法的可行性 。所提 出的红外辐射估算理论对于飞机红外隐身与高生存力设计具有一定的参考 价值 。
关 键 词 ： 气 动 力 学 ， 外 辐 射 ， 身 ， 存 力 ， 度 场 空 红 隐 生 温
中 图 分 类 号 ： ２ Ｖ２ １ 文献标识码 ： Ａ
Ｅｓ ｉ ａ ｉ ｎ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｒ ｒ ｆ ｎ ｒ ｒ ｄ Ｒ ａ ａ ｎｔ ｎ ｉ ｙ ｔｍ ｔｏ ｔ ｏ ｆ Ａｉ ｃ ａ ｔ Ｉ ｆ ａ ｅ ｄｉ ｎｔＩ ｅ ｓ ｔ
ｆ ａ ｉ ｉ ｔ ｆ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｅ ｉ ｅ ． Ｔｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ ｆ ａ ｅ ａ ｉｎ ｎ ｅ ｓ ｔ ｓ ｉ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｅ ｓｂ ｌ ｙ ｏ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓ ｖ ｒ ｆ ｄ ｉ ｔ ｉ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｒ ｒ ｄ ｒ ｄ ａ ｔｉ ｔ ｎ ｉ ｅ ｔｍａ ｉ ｔ ｏ ｙ ｏ ｓ
比热 比 ， 速度矢量 。 为 １ １ ２ 数值计 算方 法 ．．
被 加 热 的金 属 尾 喷 管热 辐 射 与 黑 体 辐 射相 似 ，
ｃ ｍｐｕｔ ｄ ｂ ｉ ｈ ｖ ｓ ｏ ｓ ｂｏ ｄａ ｙ ｌ ｙ ｒ ｈｅ ｒ ｏ ｅ ｙ ｕｓｎｇ ｔ ｅ ｉｃ ｕ ｕｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｏ ｙ． Ａｆｅ ｅ ｔｎｇ ｔ ｅ ｄｉｔ ｉ ｔｏ ｆ ａ ｒ ｒ ｆ ｕ ｆ ｃ ｔ ｒ ｇ ｔｉ ｈ ｓ ｒｂｕ ｉ ｎ ｏ ｉｃ ａ ｔ ｓ ｒ ａ ｅ
表 面 温 度 场 分 布 ， 后 应 用 结 合 粘 性 附 面 层 理 论 进 行 壁 面 温 度 计 算 分 析 。在 获 得 了 飞 机 表 面 温 度 分 布 数 据 之后 ， 用 灰 体 辐 然 采 射 理论 估算 全机 红 外 辐射 强 度 。进 行 某 喷 气 式 飞 机 红 外 辐 射 强 度 估 算 研 究 ， 析 有 ／ 尾 焰 情 况 的 飞 机 红外 辐射 强 度 计 算 结 分 无
１ ３ 飞 机红 外 辐射特 性 估算 ． 和 发 动机 尾焰 等 。 面给 出每 类辐 射 源 的辐射 特征 ， 下
＋ ＋） ＋ 户 ｐ１ （ … 户
１ 、 ● ●● ● ● ● ●● ● ●Ｌ Ｚ 々
，●
●●● ●Ｊ
然 后 给 出相关 的估 算 方法 。 ’
ｓ ｌ ｉ ｇ ｔ ｅ ｆｏ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｕ ｔｏ ｏ ｖ ｎ ｈ ｗ ｏ ｔ ｏ ｑ ａ ｉ ｎ， ｎ ｍ ｅ ｙ ｔ ｅ Ｅｕ ｅ ｑ ａ ｉ ｎ Ｔｈ ｎ， ｔ ｅ ａ ｒ ｒ ｆ ｌ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｌ ａ ｌ ｈ ｌ ｒ ｅ ｕ ｔｏ ． ｅ ｈ ｉｃ ａ ｔ ｗａ Ｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ
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本 文所提 出的基于 空气 动力 学 的飞 机红外 辐 射
作者 简介 ： 朱
兵 （ ９ １ ） 女 ， 建 莆 田 人 ， 士 ． 要 １７一 ， 福 硕 主
强 度估 算 方法 分 为 如下 步 骤 ： 通 过 求解 流 动控 制 ①
方程 一 欧拉 方程来 获 得飞 机表 面温 度场 分 布 ｌ 结合 ②
研 从 事 飞 机 生 存 力 究 。
朱
兵， ： 等 计算空气动力学飞机红外 辐射 强度估算方法
（５ ３ —１ ８ ） ｆ第 ６ ５ ５
・１ ８１・
粘性 附面 层理 论进 行 壁 面温 度 分 析计 算 ； 获 得 飞 ③
机 的 表面 温度 分 布数 据 ， 飞 机红 外 辐 射 特性 进 行 对
状 态方 程 为 ：
户一 （ － １ ｐ（ － － ） ７ ） Ｅ－ －ｕ ６ － （） ３
布等 ， 当高 速 飞 行 时 ， 皮 热辐 射 不 能 被 忽 视 ， 蒙 尤其 对 于 前 向和 侧 向的跟 踪探 测 ， 例如 ， 亚 音速 到超 音 从
总焓 表达式 为 ：
Ｈ ＝Ｅ＋ ｐ Ｐ ／ （） ４
ｐ ｐ
，● ●， ● ●●，， ● ●
足＝√ Ｐ
３ 。。 。 。 ’一 。
（） １ ２
Ｅ
通常 Ｐ ｎ一０ ７ ； 湍 流平 板 附 面层 而 言 ， 温 ． ２对 复
因 子 为 √Ｐ 且 一 般 取 为 Ｒ 一 ０ ８ ， 常 数 适 用 ， ．８ 该
，●，●● ● ●●●，‘ ●●●● ，●●●Ｌ
Ｔａ ｉｇ ｔｅ ｉｆａｅ ａ ｉ ｔｉｔｎ ｉ ｏ ｕａｉｎ ｏ ｅ ｌｎ ｓ ａ ｘ ｍｐｅ ｈ ｎ ｒｒｄ ｒｄａ ｔ ｋｎ ｈ ｎｒｒｄ ｒｄａ ｎｅ ｓ ｙ ｃ ｍｐ ｔｔ ｆａ ｊ ｐａ ｅ ａ ｎ ｅ ａ ｌ，ｔｅ ｉｆａｅ ａ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｎ
采 用求 和约定 笛卡 尔坐标 系 的无粘 流精 确 ｐ ｐ ｐ ｐ 方程
一
ｐ
≤ ３ ０范 围 。 ． 飞机 的 红外 辐射 源 主要 有 ： 飞机 蒙皮 、 露喷 管 外
欧拉 方程 守恒形式 为 ：
ａ 十 ｏ 。缸 一
配 １
轧 Ｚ
甜 “ ， ３
Ｖｏ ．３ Ｎｏ ８ 【 ６， ．
Ａｕ ２ １ ｇ， ０１
火 力 与 指 挥 控 制
ＦｉｅＣｏ ｔｏ ｒ ｎ ｒ ｌ＆ Ｃｏ ｍｍａ ｎ ｒ ｌ ｎｄＣｏ ｔｏ
第 ３ ６卷 第 ８期 ２１ ０ １年 ８月
文 章 编 号 ：０ ２Ｏ４ （Ｏ １Ｏ —１ ００ １ ０ 一６ Ｏ ２ ｌ ） ８０ ８—４
Ｂａ ｅ ｎ Ａｅ ｏ ｙ ｍ ｉ ｍ ｐｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｄ ｏ ｒ ｄ ｎａ ｃ Ｃｏ ｔ ｔｏ
ＺＨＵ ｎｇ，ＰＥＩＹａ Ｂｉ ｎｇ， ＳＯＮＧ — ｅ Ｂｉｆ ｎｇ （ ｔ ｎ ｌ ｙ Ｌａ ｏａ ｏｙ ｏ Ａｅｏ ｙ ａ ｃＤｅｉ ｎａ ｄ Ｒｅｅ ｒｈ， ｒｈ ｓｅｎ Ｐｏｙｅｈ ｉａ ｉｅｓｔ Ｎａ ｉ ａ ｂ ｒ ｔｒ ｆ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｓｇ ｎ ｓａ ｃ Ｎｏｔｗｅｔｒ ｌｔｃ ｎｃ ｌ ｏ Ｋｅ Ｕｎｖｒｉ ｙ，Ｘｉａ １ ０ ２， ｈｎ ） ’ ｎ７ ０ ７ Ｃ ｉａ
ｕｓ ｆ ｌｆ ｒ ａ ｒ ｒ ｆ ｎｆａ ｅ ｔ ａ ｔ ａ ｄ ｓ ｒ ｉ ａ ｌｔ ｓ ｇ ｅ ｕ ｏ ｉｃ ａ ｔｉ ｒ ｒ ｄ ｓ ｅ ｌｈ ｎ ｕ ｖ ｖ ｂｉｉｙ ｄｅ ｉ ｎ．
Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ，ｉ ｆ ａ ｅ ａ ｉ ｎ ，ｓ ｅ ｌｈ，ｓ ｒ ｉ ａ ｉ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｎ ｒ ｒ ｄ ｒ ｄ ａ ｔ ｔ ａ ｔ ｕ ｖ ｖ ｂ ｌ ｙ，ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉ ｌ ｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｆ ｄ ｅ
， ● ● ● ● ● ●● Ｊ ● ● ● ，， ● ● ● ● ｌ
对层 流 附面 层 而言 ， 温 因子 尺 可 表示 为 ： 复
＿＿＿ ●＿＿一
估算 。 １ １ 飞机表 面温 度场参 数计 算 ．
１ １ １ 流 动 控 制 方程 ．．
ｐ ｐ
、 ● ●● ● ●● ● ，● ，
计 算 空气 动 力 学 飞机 红 外辐 射 强度 估算 方 法
朱 兵， 裴 扬， 宋笔锋
７０７） １ ０２ （ 北 工业 大 学翼 型 叶栅 空 气 动 力 学 国 防 科 技 重 点 实 验 室 ， 安 西 西
摘
要 ； 合 Ｃ Ｄ 技 术 和 红 外 辐 射 理 论 发 展 了一 种 飞 机 红 外 辐 射 强 度 估 算 方 法 。 先 通 过 欧 拉 方 程 数 值 模 拟来 获 得 飞机 结 Ｆ 首
１ ３ １ 蒙皮温 度辐 射 ．． 其 中： 一 ，ｌ Ｆ （） ２ 飞机 气 动 加 热 形 成 的蒙 皮 温 度 辐 射 ， 仅 与 目 不 标形状、 尺度 、 面材 料性 质 有关 ， 与速 度 、 表 还 高度 和
环境 气象 参数 ， 如地理 位 置 、 阳辐 照和 大气成 分分 太
型与 方法 ， 见文献 ［ — ］ ４ ６ 。本 文 尝试 以计算 空气 动 力
学 为基 础进 行 飞机 蒙 皮温 度 场计 算 ， 出一 种 结 合 提 计 算 空气动 力学 和红外 辐射 理论 的飞机 红外 辐射 强
度估算 方法 ， 飞机 的高生存 力设计 提供 定量 数据 。 为
１ 全 机 红 外辐 射估 算 方 法
速飞行 ， 蒙皮 辐 射 能量 主要 分 布 在 ８肛 ｍ～ １ ｍ 波 ３ｔ Ｌ
段 ， 次 是 ３ ｍ～５ｔ 波段 ， 其 ｍ Ｌ 可为 被 动式 红外 寻 的 制 导 提供 了 良好 的全 向攻 击条 件 。
１ ３ ２ 发 动机尾 喷 管红 外 辐射 ．．
其中 表 示状 态 矢 量 ， Ｆ 为无 粘 矢 通 量 ， 』 Ｄ为 密度 ， ， ， 为笛 卡尔 坐标 系 下速 度 分 ， 为克 罗 尼柯 尔符 号 ， Ｊ ｙ为
ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ， ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｇ ｅ ｏ ｙ ｒ ｄ ａ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｅ ａ ｒ ｒ ｆ ｎ ｒ ｒ ｄ ｒ ｄ ａ ｔ ｉ ｔ ｎ ｉｙ ｉ ａ ａ ｙ ｅ ． ｅ ｅ ａｕ ｅ ｓｎ ｈ ｒ ｙ ｂ ｄ ａ ｉ ｎ ｏ ｃ ｐ ， ｈ ｉｃ ａ ｔ ｉ ｆ ａ ｅ ａ ｉ ｎ ｎ ｅ ｓｔ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ
和 红外 制导 导弹 的 重 要 信号 源 ［ 】在 电 磁波 谱 中， ２ ， ３ ｍ～５ ｍ和 ８肿 ～１ ｍ 波 段红 外 技术 在 军 事 ４ 系统 中 占有十分 重要 地位 。 目前 ， 对 红外 辐 射 强度 的计算 提 出了多 种 模 针
引 言
飞机 作战生 存力 （ ｓ 定义 为 飞机躲 避 或承受 Ａｃ ） 人 为敌对 环境 的能力 ［ ， 】 由此 生存 力 可分 为两 部分 ： ］
敏感 性和 易损性 。敏 感性 是指 飞机 容易 被敌 方非终 端威 胁探测 、 别 、 识 跟踪 、 中的性 质 ， 易损性 则是 命 而 研 究 飞机 在 被 敌 方 终 端 威 胁 命 中后 容 易 毁 伤 的特 性 。本 文所 涉及 的 飞机红 外辐 射强 度估算 是 敏感性 研究 的重要 内容 。飞机红 外辐 射是 防空 系统传 感器
果， 初步验证了所提 出方法的可行性 。所提 出的红外辐射估算理论对于飞机红外隐身与高生存力设计具有一定的参考 价值 。
关 键 词 ： 气 动 力 学 ， 外 辐 射 ， 身 ， 存 力 ， 度 场 空 红 隐 生 温
中 图 分 类 号 ： ２ Ｖ２ １ 文献标识码 ： Ａ
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比热 比 ， 速度矢量 。 为 １ １ ２ 数值计 算方 法 ．．
被 加 热 的金 属 尾 喷 管热 辐 射 与 黑 体 辐 射相 似 ，
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表 面 温 度 场 分 布 ， 后 应 用 结 合 粘 性 附 面 层 理 论 进 行 壁 面 温 度 计 算 分 析 。在 获 得 了 飞 机 表 面 温 度 分 布 数 据 之后 ， 用 灰 体 辐 然 采 射 理论 估算 全机 红 外 辐射 强 度 。进 行 某 喷 气 式 飞 机 红 外 辐 射 强 度 估 算 研 究 ， 析 有 ／ 尾 焰 情 况 的 飞 机 红外 辐射 强 度 计 算 结 分 无
１ ３ 飞 机红 外 辐射特 性 估算 ． 和 发 动机 尾焰 等 。 面给 出每 类辐 射 源 的辐射 特征 ， 下
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本 文所提 出的基于 空气 动力 学 的飞 机红外 辐 射
作者 简介 ： 朱
兵 （ ９ １ ） 女 ， 建 莆 田 人 ， 士 ． 要 １７一 ， 福 硕 主
强 度估 算 方法 分 为 如下 步 骤 ： 通 过 求解 流 动控 制 ①
方程 一 欧拉 方程来 获 得飞 机表 面温 度场 分 布 ｌ 结合 ②
研 从 事 飞 机 生 存 力 究 。
朱
兵， ： 等 计算空气动力学飞机红外 辐射 强度估算方法
（５ ３ —１ ８ ） ｆ第 ６ ５ ５
・１ ８１・
粘性 附面 层理 论进 行 壁 面温 度 分 析计 算 ； 获 得 飞 ③
机 的 表面 温度 分 布数 据 ， 飞 机红 外 辐 射 特性 进 行 对
状 态方 程 为 ：
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火 力 与 指 挥 控 制
ＦｉｅＣｏ ｔｏ ｒ ｎ ｒ ｌ＆ Ｃｏ ｍｍａ ｎ ｒ ｌ ｎｄＣｏ ｔｏ
第 ３ ６卷 第 ８期 ２１ ０ １年 ８月
文 章 编 号 ：０ ２Ｏ４ （Ｏ １Ｏ —１ ００ １ ０ 一６ Ｏ ２ ｌ ） ８０ ８—４
Ｂａ ｅ ｎ Ａｅ ｏ ｙ ｍ ｉ ｍ ｐｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｄ ｏ ｒ ｄ ｎａ ｃ Ｃｏ ｔ ｔｏ
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对层 流 附面 层 而言 ， 温 因子 尺 可 表示 为 ： 复
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估算 。 １ １ 飞机表 面温 度场参 数计 算 ．
１ １ １ 流 动 控 制 方程 ．．
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计 算 空气 动 力 学 飞机 红 外辐 射 强度 估算 方 法
朱 兵， 裴 扬， 宋笔锋
７０７） １ ０２ （ 北 工业 大 学翼 型 叶栅 空 气 动 力 学 国 防 科 技 重 点 实 验 室 ， 安 西 西
摘
要 ； 合 Ｃ Ｄ 技 术 和 红 外 辐 射 理 论 发 展 了一 种 飞 机 红 外 辐 射 强 度 估 算 方 法 。 先 通 过 欧 拉 方 程 数 值 模 拟来 获 得 飞机 结 Ｆ 首
１ ３ １ 蒙皮温 度辐 射 ．． 其 中： 一 ，ｌ Ｆ （） ２ 飞机 气 动 加 热 形 成 的蒙 皮 温 度 辐 射 ， 仅 与 目 不 标形状、 尺度 、 面材 料性 质 有关 ， 与速 度 、 表 还 高度 和
环境 气象 参数 ， 如地理 位 置 、 阳辐 照和 大气成 分分 太
型与 方法 ， 见文献 ［ — ］ ４ ６ 。本 文 尝试 以计算 空气 动 力
学 为基 础进 行 飞机 蒙 皮温 度 场计 算 ， 出一 种 结 合 提 计 算 空气动 力学 和红外 辐射 理论 的飞机 红外 辐射 强
度估算 方法 ， 飞机 的高生存 力设计 提供 定量 数据 。 为
１ 全 机 红 外辐 射估 算 方 法
速飞行 ， 蒙皮 辐 射 能量 主要 分 布 在 ８肛 ｍ～ １ ｍ 波 ３ｔ Ｌ
段 ， 次 是 ３ ｍ～５ｔ 波段 ， 其 ｍ Ｌ 可为 被 动式 红外 寻 的 制 导 提供 了 良好 的全 向攻 击条 件 。
１ ３ ２ 发 动机尾 喷 管红 外 辐射 ．．
其中 表 示状 态 矢 量 ， Ｆ 为无 粘 矢 通 量 ， 』 Ｄ为 密度 ， ， ， 为笛 卡尔 坐标 系 下速 度 分 ， 为克 罗 尼柯 尔符 号 ， Ｊ ｙ为
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