【摘要】：紅外探測(cè)技術(shù)和紅外制導(dǎo)技術(shù)的迅速發(fā)展,使得水面艦船受到的威脅越來(lái)越大。而水霧水膜能有效衰減和遮蔽艦船的紅外輻射,降低被敵方探測(cè)到的概率,提高其生存能力。論文對(duì)艦船水霧水膜紅外隱身技術(shù)進(jìn)行了深入研究,基于實(shí)驗(yàn)室的紅外仿真軟件模擬了水霧水膜的可視化效果,解決了實(shí)際應(yīng)用中水霧水膜對(duì)輻射能量的衰減計(jì)算問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容如下:針對(duì)艦船水霧隱身技術(shù)的研究,為獲得擁有最佳消光性能的水霧系統(tǒng),建立了根據(jù)霧滴的最佳消光粒徑來(lái)確定其尺寸譜分布函數(shù)的技術(shù)模型。采用Mie理論計(jì)算霧滴的消光效率因子,根據(jù)粒徑對(duì)消光效率因子的影響實(shí)驗(yàn)得出最佳消光粒徑,基于最佳消光粒徑內(nèi)粒子數(shù)量最大的原則確定了霧滴尺寸譜分布函數(shù)三個(gè)參數(shù)的取值,解決了實(shí)際應(yīng)用中相關(guān)參數(shù)選擇困難的問(wèn)題。結(jié)合水霧衰減輻射模型設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn),研究了含水量對(duì)水霧消光性能的影響,為實(shí)際應(yīng)用中提高水霧隱身效果提供了一定的參考價(jià)值。針對(duì)艦船水膜隱身技術(shù)的研究,為降低目標(biāo)布膜后的輻射特性,建立了通過(guò)降低液膜表面溫度來(lái)降低輻射出射度的技術(shù)模型。在求解得到液膜內(nèi)平均流速和液膜厚度的基礎(chǔ)上,建立了液膜能量方程,分析液膜換熱特性,為相應(yīng)領(lǐng)域的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。結(jié)合普朗克公式設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)研究了雷諾數(shù)Re、液膜入口溫度、目標(biāo)壁面溫度以及正向、反向切應(yīng)力等五種因素對(duì)目標(biāo)輻射出射度的影響,結(jié)果表明增大Re、降低入口溫度和壁面溫度、減小正向切應(yīng)力和增大反向切應(yīng)力都可以降低輻射出射度,有效提高水膜隱身效果,具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)水霧水膜紅外仿真技術(shù)的研究,為提高水霧的仿真效果,建立了基于OSG粒子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。將水霧模型載入紅外仿真平臺(tái),通過(guò)改變粒子尺寸、生命周期、每一幀產(chǎn)生的粒子數(shù)、粒子初始速度、重力和風(fēng)速風(fēng)向等六種參數(shù)分析仿真效果的變化,得到了最佳的水霧參數(shù),對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。為提高水膜的仿真效果,提出了一種基于Perlin噪聲的流動(dòng)紋理生成算法。利用時(shí)間變量定時(shí)更新噪聲紋理,模擬水膜流動(dòng)的動(dòng)態(tài)效果,優(yōu)化了流動(dòng)效果不明顯的問(wèn)題。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U674.7
【圖文】：

3(c) 美國(guó)驅(qū)逐艦 DDG-51 細(xì)水霧紅外隱身技術(shù)圖 1-1 細(xì)水霧隱身技術(shù)在國(guó)外艦艇上的應(yīng)用[8]在國(guó)內(nèi)，許多研究人員也對(duì)細(xì)水霧的紅外隱身特性進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。張碩[9]等人利用蒙特卡洛模擬方法建立了水霧遮蔽熱輻射的光子追蹤模型，模擬了霧滴粒子的多重散射，分析了消光系數(shù)、水霧濃度和不對(duì)稱(chēng)因子等因素對(duì)水霧消光性能的影響；劉喜元[8]等人介紹了艦船細(xì)水霧紅外隱身原理、細(xì)水霧的成霧方式和常見(jiàn)的噴嘴形狀，分析了霧滴直徑、水流速度和水霧濃度等細(xì)水霧參數(shù)對(duì)紅外輻射的影響以及彼此間的相互影響；杜永成[10]等人將水霧視為吸收、發(fā)射和各向異性散射介質(zhì)，通過(guò)譜帶離散處理水霧的非灰特性，利用Mie理論計(jì)算離散譜帶內(nèi)的平均光學(xué)系數(shù)，建立了 8~14 微米紅外輻射在細(xì)水霧中的傳輸模型，并利用有限體積法進(jìn)行了分析計(jì)算；韓海玉[5]等人概述了紅外隱身技術(shù)的原理，研究了水面艦艇的紅外輻射特性，介

液膜厚度越大。為了驗(yàn)證本節(jié)研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，在此引用其他工作者的研究圖像做對(duì)比。下圖3-4 和圖 3-5 分別是葉學(xué)民[37]研究的正向無(wú)量綱切應(yīng)力對(duì)液膜無(wú)量綱厚度的影響和反向無(wú)量綱切應(yīng)力對(duì)液膜無(wú)量綱厚度的影響。其中， 表示無(wú)量綱氣液界面切應(yīng)力，縱坐標(biāo)軸的標(biāo)識(shí) 表示無(wú)量綱液膜厚度，橫坐標(biāo)軸的標(biāo)識(shí) 表示沿流動(dòng)方向的無(wú)量綱長(zhǎng)度， 表示無(wú)量綱表面對(duì)流換熱強(qiáng)度， 表示雷諾數(shù)。本章在研究液膜時(shí)忽略了其蒸發(fā)作用，所以液膜厚度不隨流動(dòng)長(zhǎng)度而改變。而葉先生在研究工作中考

圖 3-4 葉學(xué)民研究的正向無(wú)量綱氣液界面切應(yīng)力和雷諾數(shù)對(duì)無(wú)量綱厚度的影響由圖 3-4 可見(jiàn)，在其他條件不變的情況下，正向無(wú)量綱切應(yīng)力的增大會(huì)引起無(wú)量綱液膜厚度的減小，雷諾數(shù)的增大會(huì)引起無(wú)量綱液膜厚度的增大。本章的研究結(jié)果，正好符合這樣的變化規(guī)律。而且，切應(yīng)力取不同值時(shí)流動(dòng)長(zhǎng)度 0 處的無(wú)量綱液膜厚度與圖 3-2 中的數(shù)值大小基本相等。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉燕;張素英;;求解自治非線(xiàn)性薛定諤方程的分離變量法[J];動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào);2015年06期

2 劉喜元;謝承利;王丹;劉銀水;王良武;;艦船細(xì)水霧紅外隱身技術(shù)及其試驗(yàn)研究[J];中國(guó)艦船研究;2014年06期

3 張碩;浦金云;李東臻;吳昌明;;細(xì)水霧遮蔽紅外輻射的蒙特卡洛模擬及透射場(chǎng)分析[J];光子學(xué)報(bào);2014年05期

4 杜永成;楊立;張士成;楊楨;胡雙喜;;水霧紅外隱身的冷/熱目標(biāo)效應(yīng)[J];光譜學(xué)與光譜分析;2012年08期

5 陳中偉;梁新剛;張凌江;王虹斌;董正發(fā);;霧狀水幕降溫衰減與水面目標(biāo)紅外隱身研究[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2010年05期

6 盧輝;王向偉;呂緒良;孟憲浩;;水霧的熱紅外偽裝性能分析[J];紅外技術(shù);2009年11期

7 李學(xué)彬;宮純文;李超;徐赤東;陳秀紅;徐青山;魏合理;;霧滴譜分布和霧對(duì)紅外的衰減[J];激光與紅外;2009年07期

8 葉學(xué)民;閻維平;;切應(yīng)力作用下的層流飽和蒸發(fā)降膜流動(dòng)和傳熱模型[J];華北電力大學(xué)學(xué)報(bào);2007年03期

9 袁江濤;楊立;陳

本文編號(hào)：2771071