直升機紅外輻射特征分析及抑制技術(shù)研究.pdf

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

2、于紅外特征信號的探測、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力推進(jìn)系統(tǒng)的武裝直升機所固有的信號特征,隨著渦軸發(fā)動機排氣溫度的升高,使得武裝直升機的紅外輻射特征更為強烈。因此,開展直升機紅外輻射特征分析與抑制技術(shù)研究對提高武裝直升機紅外隱身能力具有重要的意義。
　　本文的主要研究內(nèi)容包含三個方面:
　　在直升機紅外輻射特征分析中,機身蒙皮和排氣尾流的溫度場對紅外輻射特性的影響十分重要。由于直升機蒙皮的溫度

3、分布取決于蒙皮與機身內(nèi)部熱部件、以及蒙皮與環(huán)境之間的傳熱過程,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)動機艙的輻射換熱、蒙皮與外部氣流之間的對流換熱、機身表面的太陽輻照等;同時,發(fā)動機排氣噴流的流場也受到旋翼下洗氣流的直接影響。因此要準(zhǔn)確預(yù)測直升機表面的溫度分布,必須耦合求解排氣系統(tǒng)內(nèi)部和旋翼下洗氣流的流動與傳熱以及燃?xì)馀c壁面、固壁之間的輻射換熱、太陽輻射等過程。對此,本文結(jié)合直升機旋翼空氣動力學(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,在直升機機身表面溫度場建模中建立了太陽輻照模型。在此基礎(chǔ)上,計算了直升機懸停狀態(tài)下的流場,得到了排氣系統(tǒng)的流場和溫度場,同時對直升機蒙皮溫度場及影響因素進(jìn)行分析,對排氣溫度、蒙皮發(fā)射率和太陽輻射對直升機紅外輻射強度的影響進(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)動機重量,提高氣流摻混性能,短突擴波瓣存在

5、較大的應(yīng)用前景,但是波瓣擴張角過大會造成附面層流動的脫體從而削弱波瓣混合器的混合效果,同時還會增加流動損失,為此,本文開展了短突擴波瓣型混合器的流動分析研究,獲得了流動分離與波瓣擴張角的關(guān)系,研究了在波瓣波峰處開設(shè)通氣狹縫以及斜切對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迫型混合器中應(yīng)用的差異及其物理機制;同時考慮到雙級引射-混合器是一個值得探索的結(jié)構(gòu)方案,為此,本文開展了雙級引射-混合器的引射特性研究,揭示了混合管在敞開

6、進(jìn)口和受限進(jìn)口方式下的氣動特征差異。
　　隨著紅外探測和制導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展,紅外成像探測和制導(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波段范圍的對抗趨勢,而且多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展將對武裝直升機8~14μm紅外隱身提出越來越高的要求。為此,本文針對與機身結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計的紅外抑制器冷熱氣流引射摻混特性、熱部件壁面強化冷卻、隔熱等技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)值模擬和模型試驗研究;同時針對常規(guī)布局的紅外抑制器,本文研究