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高速滑翔目标点源红外辐射特征模拟及可探测性分析 被引量：11
1
作者 牛青林 杨霄 +3 位作者 陈彪 贺志宏 刘连伟 董士奎 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期152-159,共8页
文中对天基和地基两种观测平台下高超声速滑翔飞行器的点源红外可探测性进行了分析;通过双温度模型的N-S方程和气固耦合模型获得流场参数和壁面温度,并基于逐线法获得气体的物性参数;基于视在光线法求解辐射传输方程来获得HTV-2飞行器... 文中对天基和地基两种观测平台下高超声速滑翔飞行器的点源红外可探测性进行了分析;通过双温度模型的N-S方程和气固耦合模型获得流场参数和壁面温度,并基于逐线法获得气体的物性参数;基于视在光线法求解辐射传输方程来获得HTV-2飞行器的点源本征辐射特性,并考虑大气透过率、背景以及路径辐射参数下计算不同平台的可探测性。结果表明:目标的中长波辐射强度强烈依赖于本体辐射,气体辐射可以忽略;3～5μm谱带内的本征辐射较8～12μm高近一个量级;在固定探测器灵敏度(10-12 W/cm^2)下,最大探测距离强烈依赖于波段和探测角度。3～5μm谱带内地基和天基观测的理想最大探测距离分别为450 km和1 450 km,8～12μm谱带分别为300 km和550 km。 展开更多
关键词 HTV-2 探测距离 红外辐射 高超声速 热力非平衡
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发动机尾喷焰复燃化学反应模型评价与重构
2
作者 马杰 王晓冰 +2 位作者 王红丽 牛青林 董士奎 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期86-100,共15页
复燃效应的准确预估对于精细描述尾喷焰反应流场参数和提高尾喷焰红外辐射计算精度至关重要。文中以固体火箭发动机为研究对象,建立尾喷焰复燃有限速率化学反应模型,结合流体计算动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法和尾喷焰... 复燃效应的准确预估对于精细描述尾喷焰反应流场参数和提高尾喷焰红外辐射计算精度至关重要。文中以固体火箭发动机为研究对象,建立尾喷焰复燃有限速率化学反应模型,结合流体计算动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法和尾喷焰红外辐射计算模型,评估不同化学反应动力模型在尾喷焰流场参数和红外光谱辐射计算方面的精度,基于各化学反应速率曲线与试验数据重构适用于尾喷焰CO/H_(2)反应体系的10步气相化学反应动力模型,并验证和校核复燃化学反应模型可靠性。结果表明:不同化学反应模型计算所得的尾喷焰流场结构差异微弱,轴向温度峰值最高相差200 K左右,差异主要发生在复燃区域;化学反应动力模型对不稳定产物CO影响最为显著,CO_(2)分布差异主要发生在高含量区域,最大差异达到近50%,且低含量组分的差异高达两三个量级;在2.7μm和4.3μm典型波段内,不同化学反应工况下的尾喷焰光谱辐射峰值强度差异达到近40%;基于反应速率试验数据构建的9组分10步反应的CO/H_2反应体系的尾喷焰辐射计算值与BEM-II试验数据的差异低于6%。该研究可为准确预测火箭发动机尾喷焰反应流场的红外辐射特性提供高保真化学反应动力模型。 展开更多
关键词 尾喷焰 复燃效应 化学反应 红外辐射 火箭发动机
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基于卷积神经网络的地面尾喷焰流场预测
3
作者 闫盼盼 牛青林 +1 位作者 高文强 董士奎 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期980-990,共11页
针对采用传统计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法计算火箭发动机尾喷焰耗时较大的问题,提出了一种基于卷积神经网络方法的地面尾喷焰反应流场智能预测模型,用于实时、快速生成典型发动机型谱参数条件下的高精度喷焰... 针对采用传统计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法计算火箭发动机尾喷焰耗时较大的问题,提出了一种基于卷积神经网络方法的地面尾喷焰反应流场智能预测模型,用于实时、快速生成典型发动机型谱参数条件下的高精度喷焰流场结果.以固体弹道评估发动机(ballistic evaluation motor Ⅱ, BEM-Ⅱ)为研究对象,在一定发动机型谱参数范围内采用拉丁超立方抽样方法抽选样本空间,将基于CFD方法计算的40个尾喷焰稳态流场样本作为模型训练数据集.采用编码器-解码器结构,引入并行解码器、反卷积层和瓶颈层,使模型能够在数量较少的样本下取得良好的训练效果.采用试车实验数值结果验证和评估了不同欠膨胀状态下尾喷焰流场智能预测模型CNN-PLUME的预测性能.结果表明:建立的尾喷焰智能预测模型回归系数接近于1,模型鲁棒性强;可实时生成尾喷焰反应流场结果,模型效率高;喷焰流场预测结果与试验校核数据高度一致,模型预测精度高;在不同欠膨胀状态下尾喷焰流场最大误差为14.17%,模型泛化能力较强.该模型可为地面试车尾喷焰流场规律以及发动机型谱参数设计提供方法支撑. 展开更多
关键词 固体火箭发动机 尾喷焰 卷积神经网络 智能预测 复燃
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助推段火箭发动机喷焰红外辐射特性数值计算
4
作者 张腾 牛青林 +2 位作者 柳云峰 高文强 董士奎 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2228-2239,共12页
助推段火箭发动机尾喷焰具有显著的红外辐射特性,成为天基红外预警系统重点关注的对象。以三组元固体发动机为研究对象,建立连续流域和过渡流域的尾喷焰反应流场计算模型,采用两级助推段质心弹道法确定飞行弹道,通过反向寻优法完备发动... 助推段火箭发动机尾喷焰具有显著的红外辐射特性,成为天基红外预警系统重点关注的对象。以三组元固体发动机为研究对象,建立连续流域和过渡流域的尾喷焰反应流场计算模型,采用两级助推段质心弹道法确定飞行弹道,通过反向寻优法完备发动机型谱参数,基于等效单喷管法简化流场计算,基于窄谱带法和视在光线法计算尾喷焰的红外辐射特性。研究结果表明:复燃效应使得尾喷焰红外辐射光谱强度升高约20倍,谱带积分强度升高约10倍;尾喷焰红外光谱存在2.7μm和4.3μm的特征峰值;低空流域的光谱强度较高,且不同谱带内积分强度随高度的升高呈现出波动规律和暗区现象;助推段尾喷焰辐射强度差值高达3个量级,尤其在4.3μm较为明显。所得成果可为火箭在助推段的探测和识别提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 火箭发动机 三组元推进剂 助推段 尾喷焰 红外辐射
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来流导致的火箭发动机喷焰红外辐射强度不确定度量化分析 被引量：1
5
作者 肖智茹 牛青林 +1 位作者 王振华 董士奎 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期41-50,共10页
在火箭发动机喷焰红外辐射预测过程中,由于弹道参数的不确定性因素存在,会影响喷焰红外辐射信号计算结果的置信度。文中以Atlas-IIA低空喷焰为研究对象,以来流速度、来流温度、来流压力和飞行攻角为不确定性输入变量,采用拉丁超立方试... 在火箭发动机喷焰红外辐射预测过程中,由于弹道参数的不确定性因素存在,会影响喷焰红外辐射信号计算结果的置信度。文中以Atlas-IIA低空喷焰为研究对象,以来流速度、来流温度、来流压力和飞行攻角为不确定性输入变量,采用拉丁超立方试验设计样本,开展喷焰反应流场与红外辐射特性计算,获得各样本点对应的喷焰红外辐射响应值,利用非嵌入混沌多项式(No-intrusive Polynomial Chaos,NIPC)方法构建代理模型,采用响应面法求解NIPC多项式系数,基于统计参量研究各参量对红外辐射信号的不确定度和敏感性。结果表明来流特性引起的辐射强度不确定度与波段的选取有较高的关联度。来流速度对光谱辐射强度的灵敏程度最高,来流压力和攻角次之,来流温度的影响可忽略不计;来流速度对2.5~3.2、2.8~3.0μm谱带内的辐射强度敏感,主Sobol指数占比均在80%左右,来流压力对4.35~4.65μm波段辐射强度的影响占比为70%;各参数间的耦合作用对喷焰红外辐射的影响不高于4%。该研究可为火箭发动机尾喷焰红外辐射准确预估和置信度评估提供理论支撑。 展开更多
关键词 来流参数 尾喷焰 NIPC 红外辐射 不确定度
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火箭发动机喷焰红外辐射数值计算方法研究(特邀) 被引量：1
6
作者 牛青林 董士奎 《光电技术应用》 2023年第1期1-10,35,共11页
火箭发动机高温尾喷焰因具有显著的红外辐射特征成为天基红外系统探测、跟踪、分类和识别任务重点关注的对象。火箭发动机喷焰辐射信号产生、传递机制的物理建模和数值计算一直是目标探测领域重点关注的问题,也正朝着高精度、高效率的... 火箭发动机高温尾喷焰因具有显著的红外辐射特征成为天基红外系统探测、跟踪、分类和识别任务重点关注的对象。火箭发动机喷焰辐射信号产生、传递机制的物理建模和数值计算一直是目标探测领域重点关注的问题,也正朝着高精度、高效率的方向发展。针对火箭发动机喷焰红外辐射数值计算研究,围绕喷焰红外辐射计算链路所涉及的各环节,从喷焰反应流场模拟、高温燃气辐射物性参数计算、辐射传输计算和数理模型校验试验等方面的研究情况展开综述。 展开更多
关键词 火箭发动机尾喷焰 红外辐射 辐射传输
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类B-2型飞行器红外辐射特性数值模拟 被引量：1
7
作者 吕蓉 牛青林 董士奎 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期132-142,共11页
类B-2型飞行器因其独特的气动布局和较强的隐身能力,成为攻防对抗和预警探测识别工作中重点关注的目标之一。通过构建类B-2型飞行器的气动外形,基于真实可压缩气体模型和辐射平衡壁面边界条件预测典型飞行工况(12 km@0.8 Ma)下的绕流场... 类B-2型飞行器因其独特的气动布局和较强的隐身能力,成为攻防对抗和预警探测识别工作中重点关注的目标之一。通过构建类B-2型飞行器的气动外形,基于真实可压缩气体模型和辐射平衡壁面边界条件预测典型飞行工况(12 km@0.8 Ma)下的绕流场、尾喷焰和壁面温度,结合窄谱带高温气体辐射物性数据库,采用视在光线法求解辐射传输方程,获得不同观测角度、不同波段条件下目标本体和尾喷焰的红外辐射特性。结果表明:类B-2型飞行器在俯视观测角度下辐射强度最强,本体在长波波段内的辐射强度较中波波段高出近两个量级。中波波段内目标辐射强度主要来自尾喷焰,长波波段内主要来自本体。研究可为类B-2型飞行器的目标特性识别提供理论参考。 展开更多
关键词 B-2飞行器 红外辐射 尾喷焰 蒙皮温度 窄谱带模型
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类X-51A飞行器被动巡航状态红外辐射特性研究 被引量：5
8
作者 牛青林 李强 +2 位作者 高文强 张鹏军 董士奎 《兵器装备工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第9期45-49,共5页
高超声速飞行器经受严重的气动加热效应,蒙皮具有较高的温度,具有强烈的红外光辐射效应,可作为目标探测与识别的辐射源。以类X-51A高超声速飞行器为研究对象,采用反向建模技术获得了目标乘波体外形、结构尺寸和冲压发动机几何参数。在... 高超声速飞行器经受严重的气动加热效应,蒙皮具有较高的温度,具有强烈的红外光辐射效应,可作为目标探测与识别的辐射源。以类X-51A高超声速飞行器为研究对象,采用反向建模技术获得了目标乘波体外形、结构尺寸和冲压发动机几何参数。在此基础上,计算了飞行器巡航状态下的流场参数及蒙皮温度,分析了类X51-A飞行器在典型飞行工况下不同探测方向的红外辐射强度分布,可为类X-51A乘波体飞行器的光辐射以及目标探测、识别和攻防等技术提供支撑。 展开更多
关键词 乘波体 冲压发动机 高超声速 X-51A 红外辐射
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基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算 被引量：4
9
作者 刘连伟 董士奎 +3 位作者 陈前荣 邹前进 樊宏杰 屈东胜 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期87-93,共7页
建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向... 建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。 展开更多
关键词 红外辐射 空中目标 图像仿真 CUDA并行计算
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基于卫星遥感气溶胶产品评估体系的气溶胶时空分布及变化趋势表征
10
作者 毛前军 张恒星 +2 位作者 黄春林 陈奇祥 袁远 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3131-3145,共15页
卫星遥感气溶胶虽然空间覆盖度高,但不同产品数据在准确性和适用性上存在显著差异.为了能够科学定量的衡量各个产品的优劣,选择最合适的气溶胶产品,该研究以数学统计为基础,提出了一种卫星遥感气溶胶产品评估体系,并依此确定了全球6个... 卫星遥感气溶胶虽然空间覆盖度高,但不同产品数据在准确性和适用性上存在显著差异.为了能够科学定量的衡量各个产品的优劣,选择最合适的气溶胶产品,该研究以数学统计为基础,提出了一种卫星遥感气溶胶产品评估体系,并依此确定了全球6个人口密集地区的最优卫星数据集,在此基础上开展了近10年的(2009—2018)气溶胶时空变化分析.结果表明暗像元算法在植被覆盖度高的地区表现最好,深蓝算法在亮地表的沙漠干旱地区更占优势,而暗像元-深蓝融合算法在土地类型复杂且气溶胶来源多变时得以突出.人口密集的6个区域中,除了区域A和区域B,其它地区的大气污染水平整体偏高.其中,A、B、E的气溶胶负荷呈下降变化,区域F基本不变,其余区域上升变化.评估体系的建立为气溶胶遥感产品的选取提供了新的衡量方法,且该文关于气溶胶时空分布及变化的分析可以为区域性气溶胶研究提供一定的参考价值. 展开更多
关键词 卫星遥感 产品评估 大气气溶胶 时空分布 气溶胶产品
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