直升機(jī)紅外輻射特征分析及抑制技術(shù)研究.pdf

1、武裝直升機(jī)是以反坦克為主、兼顧對(duì)地火力支援和空戰(zhàn)的武器平臺(tái),可作超低空機(jī)動(dòng)飛行或懸停,正是由于其良好的機(jī)動(dòng)性能,在小規(guī)模的局部沖突、小型化的局部戰(zhàn)爭(zhēng)以及國(guó)際反恐行動(dòng)中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。隨著可見(jiàn)光、紅外、微波和毫米波等各種探測(cè)和制導(dǎo)技術(shù)的不斷應(yīng)用,武裝直升機(jī)在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的生存力將受到越來(lái)越嚴(yán)重的威脅,其中,紅外制導(dǎo)武器被認(rèn)為對(duì)武裝直升機(jī)構(gòu)成最致命的威脅。其一,紅外探測(cè)和制導(dǎo)方式具有無(wú)源特點(diǎn),隨著紅外探測(cè)和制導(dǎo)水平的提高,基

2、于紅外特征信號(hào)的探測(cè)、制導(dǎo)系統(tǒng)更具備抗干擾和破壞能力;其二,紅外輻射特征是裝備熱動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的武裝直升機(jī)所固有的信號(hào)特征,隨著渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度的升高,使得武裝直升機(jī)的紅外輻射特征更為強(qiáng)烈。因此,開(kāi)展直升機(jī)紅外輻射特征分析與抑制技術(shù)研究對(duì)提高武裝直升機(jī)紅外隱身能力具有重要的意義。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容包含三個(gè)方面:
　　在直升機(jī)紅外輻射特征分析中,機(jī)身蒙皮和排氣尾流的溫度場(chǎng)對(duì)紅外輻射特性的影響十分重要。由于直升機(jī)蒙皮的溫度

3、分布取決于蒙皮與機(jī)身內(nèi)部熱部件、以及蒙皮與環(huán)境之間的傳熱過(guò)程,影響其溫度分布的因素十分復(fù)雜,譬如旋翼下洗氣流、發(fā)動(dòng)機(jī)艙的輻射換熱、蒙皮與外部氣流之間的對(duì)流換熱、機(jī)身表面的太陽(yáng)輻照等;同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噴流的流場(chǎng)也受到旋翼下洗氣流的直接影響。因此要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)直升機(jī)表面的溫度分布,必須耦合求解排氣系統(tǒng)內(nèi)部和旋翼下洗氣流的流動(dòng)與傳熱以及燃?xì)馀c壁面、固壁之間的輻射換熱、太陽(yáng)輻射等過(guò)程。對(duì)此,本文結(jié)合直升機(jī)旋翼空氣動(dòng)力學(xué)理論,建立了旋翼下洗氣流模型,

4、獲得了旋翼下洗流場(chǎng)的速度分布,利用用戶模塊(UDF)導(dǎo)入 Fluent軟件作為旋翼下洗氣流的邊界條件;同時(shí),在直升機(jī)機(jī)身表面溫度場(chǎng)建模中建立了太陽(yáng)輻照模型。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算了直升機(jī)懸停狀態(tài)下的流場(chǎng),得到了排氣系統(tǒng)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng),同時(shí)對(duì)直升機(jī)蒙皮溫度場(chǎng)及影響因素進(jìn)行分析,對(duì)排氣溫度、蒙皮發(fā)射率和太陽(yáng)輻射對(duì)直升機(jī)紅外輻射強(qiáng)度的影響進(jìn)行了分析。
　　引射-混合器是紅外抑制器的核心部件,為了減小發(fā)動(dòng)機(jī)重量,提高氣流摻混性能,短突擴(kuò)波瓣存在

5、較大的應(yīng)用前景,但是波瓣擴(kuò)張角過(guò)大會(huì)造成附面層流動(dòng)的脫體從而削弱波瓣混合器的混合效果,同時(shí)還會(huì)增加流動(dòng)損失,為此,本文開(kāi)展了短突擴(kuò)波瓣型混合器的流動(dòng)分析研究,獲得了流動(dòng)分離與波瓣擴(kuò)張角的關(guān)系,研究了在波瓣波峰處開(kāi)設(shè)通氣狹縫以及斜切對(duì)波瓣噴管的引射效果的影響,并揭示了其在引射型混合器和強(qiáng)迫型混合器中應(yīng)用的差異及其物理機(jī)制;同時(shí)考慮到雙級(jí)引射-混合器是一個(gè)值得探索的結(jié)構(gòu)方案,為此,本文開(kāi)展了雙級(jí)引射-混合器的引射特性研究,揭示了混合管在敞開(kāi)

6、進(jìn)口和受限進(jìn)口方式下的氣動(dòng)特征差異。
　　隨著紅外探測(cè)和制導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展,紅外成像探測(cè)和制導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用,飛行器紅外隱身與反隱身已呈現(xiàn)出在3~5μm波段和8~14μm波段范圍的對(duì)抗趨勢(shì),而且多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展將對(duì)武裝直升機(jī)8~14μm紅外隱身提出越來(lái)越高的要求。為此,本文針對(duì)與機(jī)身結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的紅外抑制器冷熱氣流引射摻混特性、熱部件壁面強(qiáng)化冷卻、隔熱等技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)研究;同時(shí)針對(duì)常規(guī)布局的紅外抑制器,本文研究