F35隐身战斗机红外辐射特性建模_曲兆俊

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战斗机3_5_m波段红外特征空间分布及低发射率材料隐身效果分析

〈制导与对抗〉战斗机3～5μm波段红外特征空间分布及低发射率材料隐身效果分析冯晓星，吉洪湖，斯仁，刘福城（南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京 210016）摘要：对典型战斗机在3～5μm波段范围内的红外辐射强度空间分布进行了数值计算，研究了红外搜索跟踪系统对目标的探测距离计算方法，考虑了大气透过率的影响，并分析了采用低发射率材料后战斗机的隐身效果。

红外辐射特征的计算采用自开发软件NUAA-IR进行，探测距离的计算通过自编程完成，计算结果表明采用低发射率材料后战斗机在3～5μm波段机身正后向小角度范围内的红外辐射特征降低的量值比较大，3～5μm波段的红外搜索跟踪系统对战斗机正后向小角度范围内的探测距离明显减小。

采用低发射率材料后，红外隐身效果提高了。

关键词：飞行器；红外；隐身效果中图分类号：V231.1 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2011)07-0389-06Numerical Study on Spatial Distribution of 3～5μm Infrared Signature and Stealth Effect of Low Emissivity Material for Fighter AircraftFENG Xiao-xing，JI Hong-hu，SI Ren，LIU Fu-cheng(College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)Abstract：Taking a typical fighter aircraft as a model, the spatial distribution of infrared signature in 3～5μm is calculated. The method of detection range is given and the stealth effect of low emissivity material of fighter aircraft is analyzed. The spatial distribution of infrared signature is calculated by the self-developed software NUAA-IR, and the detection range is calculated by the self-developed program. The result shows that in 3～5μm, after the low emissivity material is used, the integral radiant intensity in the small-angle direction of the back fuselage is obviously reduced, and the detection range in the small-angle direction of the back fuselage is also obviously reduced. The radiant intensity in other direction is reduced a little. In a word, the stealth effect of low emissivity material is improved.Key words：fighter aircraft，infrared，stealth effect引言目前，红外探测和制导技术在战斗机空战中的作用越来越大，“先敌发现，先敌开火”[1]已成为未来空战战术的一种趋势，为了提高战斗机的战场生存率和作战效能，必须开展战斗机红外隐身技术研究和隐身效果评估方法研究。

F-35战斗机三维重建及气动、隐身特性分析的开题报告

F-35战斗机三维重建及气动、隐身特性分析的开题报告一、研究背景F-35战斗机是美国研制的第五代多功能战斗机，具有优秀的气动性能、隐身特性、电子战能力和数字化战争能力等特点。

然而，由于其复杂多变的气动结构和复杂的隐身设计，因此需要对其进行三维重建和分析，以评估其飞行性能和隐身效果。

二、研究目的本文旨在研究F-35战斗机的三维重建方法和分析其气动特性、隐身特性等关键技术问题，为提高F-35战斗机的综合性能和作战能力提供技术支撑。

三、研究内容（一）F-35战斗机三维重建通过采集F-35战斗机的外形数据以及反射率等关键参数，构建F-35战斗机的三维模型。

（二）F-35战斗机气动特性分析通过对F-35战斗机三维模型进行数值模拟和仿真计算，分析其气动特性，包括升力和阻力特性、滚转和俯仰特性、失速特性等。

（三）F-35战斗机隐身特性分析通过采集F-35战斗机的雷达反射率、红外辐射和声音反射等数据，研究F-35战斗机的隐身特性，包括雷达反射率特性、红外辐射特性、声学隐身特性等。

四、研究方法（一）F-35战斗机三维重建方法1.测量法采用激光测量、数字相机测量等方法对F-35战斗机进行测量，通过数据处理得到F-35战斗机的三维模型。

2.扫描法采用激光扫描、光学扫描等技术对F-35战斗机进行扫描，通过数据处理得到F-35战斗机的三维模型。

（二）F-35战斗机气动特性分析方法采用计算流体力学（CFD）方法，利用商用软件或自主开发的计算程序进行气动力学分析。

（三）F-35战斗机隐身特性分析方法1.雷达反射率分析采用商用雷达软件进行分析，预测F-35战斗机被雷达探测到的概率。

2.红外辐射分析采用热传导数值模拟方法进行分析，预测F-35战斗机被红外辐射探测到的概率。

3.声音反射分析采用声学传播数值模拟方法进行分析，预测F-35战斗机被声音探测到的概率。

五、研究成果通过本研究，可以获得以下成果：（一）F-35战斗机的三维模型。

离散颗粒抑制热喷流红外辐射的大涡模拟

第 54 卷第 4 期2023 年 4 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.4Apr. 2023离散颗粒抑制热喷流红外辐射的大涡模拟胡峰1，孙文静1, 2，张靖周1，单勇1(1. 南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京，210016；2. 中国航天科工飞航技术研究院北京动力机械研究所，北京，100074)摘要：为了探究气溶胶离散颗粒对飞行器排气喷管热喷流3~5 μm 波段的红外辐射的抑制效果，设计地面状态下气溶胶颗粒投射的仿真环境，采用大涡模拟和颗粒离散相模型对含气溶胶颗粒的飞行器排气喷管尾部气固两相剪切流进行数值模拟研究，系统地分析颗粒的质量流量、粒径和喷射速度对离散颗粒空间分布形态以及热喷流红外辐射抑制的影响规律。

研究结果表明：颗粒的质量流量和粒径对于红外抑制效率的影响较为明显，增加颗粒质量流量对颗粒的空间分布形态影响较小，但能够显著提升红外抑制效率；当颗粒粒径大于1.0 μm 时，颗粒空间分布均匀，红外抑制效率最高；颗粒的喷射速度对于颗粒的空间分布以及红外抑制效率的影响较小。

关键词：红外抑制；高速剪切流；大涡模拟；气溶胶颗粒分布；气固相互作用中图分类号：V231.1 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）04-1576-16Large eddy simulation of discrete particles suppressing infraredradiation from thermal jetsHU Feng 1, SUN Wenjing 1, 2, ZHANG Jingzhou 1, SHAN Yong 1(1. College of Energy and Power, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China;2. Beijing Power Machinery Institute, China Aerospace Institute of Science and Technology, Beijing 100074, China)Abstract: To investigate the effect of aerosol discrete particles on the infrared radiation suppression in the 3~5 μm band of thermal jets of aircraft exhaust nozzles, the simulation environment of aerosol particle projection under ground conditions was designed. The large eddy simulation(LES) and particle discrete phase model(DPM) were used to numerically simulate the gas-solid two-phase shear flow at the tail of the aircraft exhaust nozzle containing aerosol particles, and the effect law of particle mass flow, size and jet speed on the spatial distribution of discreteparticles and the suppression of infrared radiation of thermal jets was systematically analyzed. The results show收稿日期： 2022 −05 −14；修回日期： 2022 −07 −23基金项目(Foundation item)：中国博士后科学基金特别资助(站前)项目(2020TQ0143)；江苏省自然科学基金青年基金资助项目(BK20200448) (Project(2020TQ0143) supported by the Postdoctoral Science Foundation of China; Project(BK20200448) supported by the Youth Fund of Jiangsu Natural Science Foundation)通信作者：孙文静，博士，讲师，从事气固两相湍流、湍流燃烧、流动强化传热研究；E-mail ：**************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.033引用格式：胡峰, 孙文静, 张靖周, 等. 离散颗粒抑制热喷流红外辐射的大涡模拟[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(4): 1576−1591.Citation: HU Feng, SUN Wenjing, ZHANG Jingzhou, et al. Large eddy simulation of discrete particles suppressing infrared radiation from thermal jets[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(4): 1576−1591.第 4 期胡峰，等：离散颗粒抑制热喷流红外辐射的大涡模拟that the effect of particle mass flow and size on infrared radiation suppression rate is obvious. With the increase of particle mass flow, its effect on the spatial distribution of particles is small, but the infrared suppression efficiency is significantly improved. When the particle diameter is 1.0 μm, the particle space distribution is uniform and the highest infrared suppression rate is achieved. However, the particle injection speed has less effect on the spatial distribution of particles and infrared radiation suppression efficiency.Key words: infrared suppressing; high-speed shear flow; large eddy simulation; aerosol particle distribution; gas-solid interactions气溶胶红外隐身技术是一种主动型应急红外对抗技术，该技术利用附加的机载引气装置，将细微颗粒喷射在发动机热喷流周围形成气溶胶云，借此对排气喷管热内腔和热喷流的强红外辐射进行遮蔽和散射。

基于Fluent的飞机红外辐射特性建模与仿真

第３９卷第６期２０１７年６月
红外技术
Ｉｎ．０１．３９ＮＯ．６
Ｊｕｎｅ２０ｌ７
＜制导与对抗＞
基于Ｆｌｕｅｎｔ的飞机红外辐射特性建模与仿真
ｔｈｅｍｅｔｈｏｄＯｆ盯ａｙｌｅｖｅｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．
Ｋｅｖｗｏｒｄｓ：Ｆｌｕｅｎｔ，ｕｎｓｔｒｕｃｕｒｔｅｄｇｒｉｄ，ｒｅｖｅｒｓｅＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ，ｇｒａｙｌｅｖｅｌｔｒｎＳａｏｒｆｍａｔｉｏｎ
０引言
随着红外成像制导和红外探测技术的迅猛发展，各类武器系统在研制过程中越来越重视对武器装备的红外辐射特性进行分析。近年来，航空航天领域竞
外图像，文献［３］和［４］基于计算流体力学（ｃｏｍｐｕｔａ —
（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅＲｏｃｋｅｔＦｏｒｃｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ，７１００２５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｉｒｃｒａｆｔｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｇｉｄｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄｎｕｍｅｉｃｒａｌ

f35 eots 参数

f35 eots 参数标题：F-35 EOTS参数解析引言：F-35战斗机是美国空军的新一代多用途战斗机，其配备了先进的传感器和武器系统，其中之一就是F-35的电光传感器（EOTS）。

本文将详细解析F-35 EOTS的参数，包括其工作原理、性能指标以及应用领域。

正文内容：1. F-35 EOTS的工作原理1.1 光电传感器技术光电传感器技术是指利用光电效应将光信号转化为电信号的技术。

F-35 EOTS 采用了先进的光电传感器技术，能够接收和处理来自周围环境的光信号，并将其转化为电信号，以便进行后续的处理和分析。

1.2 红外探测技术F-35 EOTS还配备了红外探测技术，能够探测和识别目标的红外辐射。

通过红外探测，F-35 EOTS能够在各种复杂的环境条件下，准确地探测和跟踪目标，为飞行员提供关键的战场信息。

1.3 数据处理和传输F-35 EOTS还具备强大的数据处理和传输能力。

它能够快速处理从传感器收集到的大量数据，并将处理结果传输给飞行员和其他系统。

这使得飞行员能够及时获得目标信息，并做出相应的决策。

2. F-35 EOTS的性能指标2.1 分辨率分辨率是衡量传感器性能的重要指标之一。

F-35 EOTS具有较高的分辨率，能够清晰地显示目标的细节信息，包括目标的形状、大小和纹理等。

2.2 探测距离F-35 EOTS的探测距离是指它能够探测到目标的最远距离。

通过先进的光电传感器技术和红外探测技术，F-35 EOTS能够在较远的距离内探测到目标，提供及时的情报支持。

2.3 跟踪能力F-35 EOTS具备优秀的目标跟踪能力。

它能够准确地跟踪目标的移动，并持续更新目标的位置和状态信息。

这使得飞行员能够实时了解目标的动态，做出更加精确的打击。

3. F-35 EOTS的应用领域3.1 空中优势战斗F-35 EOTS的高分辨率和探测距离使其成为空中优势战斗中的重要武器。

它能够探测到敌方战机，并提供关键的情报支持，帮助飞行员制定战术和打击计划。

高超声速飞行器红外辐射特性分析

硕士论文高超ｊ摘要近年来，随着高超声速飞行技术的迅猛发展，高超声速飞行器的战略意义和应用价值显得更加重要。

因此开展高超声速飞行器的红外热辐射特性的数值模拟研究，对于研究出更加行之有效的红外隐身特性也提上日程，甚至对高超声速飞行器能否广泛应用于未来战争中起着决定性的作用。

由于高超声速飞行器的红外辐射源中主要一部分来源于高速飞行中产生的气动热，因此本文中首先从量热完全气体和热化学非平衡流的气动热两个方面详细介绍了高超声速飞行器气动热数值模拟的基本原理与控制方程；对量热完全气体的气动热模拟从数值模拟方法和块结构化网格生成进行详细的阐述。

本文中认为流场和热辐射场之间的关系式可解耦的，也就是说在高超声速飞行器的流场数值模拟时，忽略热辐射的影响，而在计算热辐射场和空气热辐射特性时，直接利用流场信息进行求解。

文章中简要地介绍了红外辐射的基本的概念与定理，以及详细阐述了在热辐射中的热辐射传输方程与热辐射能量方程，然后通过与计算流体力学中的温度场耦合对飞行器气动热产生的蒙皮辐射进行求解运算；最后对复杂的背景，包括太阳直照辐射和目标的反射，对红外辐射的影响进行求解。

除此之外，本文中还对气体的热辐射特性和大气的透过率进行了研究。

详细地对吸收系数求解过程和逐线计算法的原理进行了阐述。

然后，利用当量吸收系数的求解结合流场数据对具体模型的吸收系数进行求解；最后介绍了高分辨率的大气透过率的原理和数值方法。

本文的工作为进一步深化高超声速飞行器红外辐射特性和红外隐身特性的研究奠定了一定的基础。

关键词：高超声速飞行器，红外隐身，蒙皮辐射，吸收系数，大气衰减硕士论文高超声速飞行器红外辐射特性分析目录摘要………………………………………………………………………………………………ＩＡＢＳＴＲＡＣＴ………………………………………………………………………………………。

ＩＩ１绪论…………………………………………………………………………………………………１１．１研究的背景和意义…………………………………………………………………ｌ１．２国内外研究的历史和现状…………………………………………………………２１．３本文内容安排……………………………………………………………………．．３２高超声速飞行器量热完全气体气动热数值模拟……………………………．．５２．１量热完全气体流场控制方程………………………………………………………５２．２有限体积法基本原理………………………………………………………………７２．２．１解的重构和限制器…………………………………………………………………………８２．２．２ＡＵＳＭＰＷ矢通量分裂……………………………………………………………………１Ｏ２．３结构化网格生成方法……………………………………………………………．１１２．３．１网格标准和相关性研究…………………………………………………………………．１３２．３．２复杂外形的块结构化网格生成算例……………………………………………………．１４２．４量热完全气体气动热数值算例…………………………………………………．．１５２．５本章小结…………………………………………………………………………．１８３高超声速飞行器热化学非平衡流场数值模拟………………………………．．１９３．１引言………………………………………………………………………………１９３．２三维热化学非平衡流场控制方程………………………………………………．．１９３．３热化学非平衡流场中的物理化学模型…………………………………………．．２３３．３．１化学反应动力模型………………………………………………………………………．２４３．３．２松弛过程以及松弛时间…………………………………………………………………．２５３．３．３输运系数…………………………………………………………………………………．２６３．４高超声速飞行热化学非平衡流的数值算例……………………………………．．２８３．５本章小结…………………………………………………………………………３２４高超声速飞行器红外辐射特性模拟………………………………………．３３４．１概ｊ态…………………………………………………………………………………………………………３３４．２红外热辐射的基本原理…………………………………………………………．３３ＩＩＩ硕士论文高超声速飞行器红外辐射特性分析１绪论１．１研究的背景和意义高超声速这一物理概念是我国“两弹元勋”钱学森先生于２０世纪４０年代首次提出，高超声速飞行器是指飞行马赫数在５马赫以上，并且可以在２０．１００千米的临近空间中高速飞行且可以完成特殊作战任务的飞行器。

飞机红外辐射计算及图像仿真

・
红外技术及应用・
飞机红外辐射计算及图像仿真
孙卫，王彪
（１．西京学院应用统计与理学系，陕西西安７１０１２３；
２．空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安７１００３８）
摘
要：针对红外对抗与空战仿真的研究需要，对空中飞机红外图像的生成方法进行研究。从
红外图像及红外辐射强度的差异。研究成果可为红外成像导弹的目标识别研究提供目标源。关键词：红外辐射；成像仿真；红外探测器；红外图像
中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ５０７８．２０பைடு நூலகம்１７．０６．０１５
红外探测器的成像机理出发，建立了一种空中飞机红外成像仿真模型。首先分别建立机体与尾焰流场计算域的几何模型，并通过Ｆｌｕｅｎｔ软件计算得到机体与尾焰的温度场，计算中重点考
虑了外部热环境与舱内传热对机体温度场的影响；然后建立视线方程与亮度矩阵，计算探测器每个像素点接收的红外辐射亮度大小，经过灰度量化将辐射亮度值转化成灰度级别；最后通过ＶＣ＋＋与ＯｐｅｎＧＬ编程生成了飞机的红外灰度图像，并对比分析了不同波段、不同方位下飞机
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄＳｔａｔｉｓｔｉｃｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ，ＸｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１０１２３，Ｃｈｉｎａ；

飞机红外辐射特性及其探测技术研究

（ｎｉｅｒｇＣｌｇ，ｉＦｒｎｉｅｒｇＵｉｒｔ，ｉｎ７０３，ｈｎ）ＥｇｅｎｏｅｅＡｒｏｃＥｇｎｅｎｎｖｓｙＸ１０８Ｃｉｎｉｌｅｉｅｉａａ
ＡｂｔａｔＡｃｏｄｎｏＩｒｄａｉｎＳｐｎｉｌｔｅｃｌｕａｉｇｍｅｈｄｏｉｌｎＲｒｄａｉｎｏｈａｉｏｍ— ｓｒｃ：ｃｒｉｇｔＲａｉｔｒｃｐｅ，ａｃｌｔｔｏｆａｒａｅＳＩａｉｔｎｔｅｂｓｓｆｔｏｉｈｎｐｏｅ
ｔｅｃｎｌｓｎ，ｒｂｅｂｕＲｅｅｔｒａｄｐａｅＳＩｔａｔｒｉｃｓｅ．ｈｏｃｕｉｓｐｏｌｍｓａｏｔＩｄｔｃｏｎｌｎＲｓｌｈａｅｄｓｕｓｄｏｅＫｅｒｓｉｆａｅｅｅｔｒｉｒｒｄｒｄａｉｎ；ｌｍｅｐｏｅｌｇｎｚｌｓｉｆａｒｌｎｙｗｏｄ：ｎｒｒｄｄｔｃｏ；ｎａｅａｉｔｆｏｐｕ；ｒｐｌｎｏｚｉｅ；ｋｎｏｉａｅｐ
ｔａｓｓｉｎｉａｎｄＢａｃｌｔｇａｄａａｙｉｇｔｅｄｔｃｅｉｔｎｅｏｅｔｉｌｎ，ｖｉｎｆａｔｈｒｃｅ・ｒｎｍｉｓｓｇｉｅ．ｙｃｌｕａｉｎｎｚｎｅｅｔｄｄｓａｃｆｃｒｎｐａｅｆｅｓｉｃａａｔｒｏｎｌｈａａｉｇｉｎｃｉｉｓｏｉｌｎｆｅａｉｔｎｔａｆｅｃｅｄｔｃｉｇｅｅｔａｅｐｉｔｄｏｔｗｉｈｉｃｕｅｓｅｔｍｈａ — ｓｃｆｒａｅＳｉｒｄｒｄａｉｔｎｕｎｅｔｅｅｔｆｃｒｏｎｅｕ，ｈｃｌｄｐｃｒｔａｐｎａｒｏｈｉｌｈｎｎｕｃａｃｒｔｒｔ，ｉｃｉｎｃａａｔｒｔ，ｌｔｄｈａｔｒｔ，ｅｏｉｈａｔｒｔｎｎｉｅｓａｅｃａａｔｒｔ．ａｅｎｅｉｉｄｒｔｈｒｃｅｓｉａｔｕｅｃａｃｅｉｉｖｌｃｔｃａｃｅｓｉａｄｅｇｎｔｔｈｃｅｉｉＢｓｄｏｓｃｅｏｉｃｉｒｓｃｙｒｉｃｒｓｃ

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的温度、压力、组分的浓度都有不同。为简化计算，将尾焰沿轴向和径向进行了分层。轴向分层方法示意图见图 6，在轴向和径向划定的区域内，燃气的温度、压力、组分浓度认为均匀。尾焰横截面的形状为圆形。
图6
尾焰轴向分层
Fig.6
Layers along axis of the plume
谱带模型与逐线法的误差小于 1%[12]。利用 Malkmus 统计窄谱带模型计算透过率可参考文献[11]。本文根据窄谱带法编写了气体辐射计算程序，利用 HITEMP 2010 高温气体光谱数据库进行光谱 922 为：
流场入口：质量流量入口；流场出口：压力出口；飞机进气口：压力出口；飞机尾喷口：质量流量入口；壁面条件：机体与流体的交界面设为耦合界面。
1
隐身战斗机红外辐射特性模型
战斗机的红外辐射特征源包括 3 部分：发动机尾喷口/腔体热部件、高温尾焰和机体蒙皮。 F35 战斗机采取的红外隐身技术和措施主要包括采用先进涡扇发动机、发动机采用低可见度喷管（LOAN）及喷口锯齿修形、发动机射流引射冷却、蒙皮使用红外隐身涂层、辐射遮挡等多种先进的红外特征抑制技术。核心和内涵是通过冷却、降温、遮挡和降低发射率等技术来控制或减缩飞行器被敌方红外探测器探测的红外特征信号。本文在研究战斗机隐身技术的基础上建立隐身战斗机红外辐射特性模型，建模步骤如图 1 所示。 1.1 三维建模及流场计算机体的三维模型通过 Creator 软件进行建立。对机体表面和流场计算区域进行了网格划分，见图 2。使用 GASTURB[8]发动机仿真软件对发动机工作状态进行仿真，得到发动机内流场相关参数，作为喷管外流场计算的输入。 GASTURB 仿真输入条件为：高度：5000 m；发动机涡轮前温度 T4*：1900 K；飞行 Ma 数：亚音速巡航 0.8Ma；发动机压比数据参考文献[9]，燃料特性可以使用默认值。利用 FLUENT 软件对飞机机体及发动机尾焰的外流场进行仿真。流场仿真的输入条件：速度 0.8 Ma，攻角 0；飞行条件：高度 5000 m，来流条件：来流边界条件设为压力远场，大气的密度采用理想气体密度；
Modeling Infrared Radiation Characteristics for F35 Stealth Fighter
QU Zhao-jun，ZHANG Er-lei，ZHOU Fang-fang
（China Airbone Missile Academy, Luoyang 471009, China）
第 36 卷第 11 期 2014 年 11 月
红外技术 Infrared Technology
Vol.36 No.11 Nov. 2014
透过率计算，并与权威结果 [13]进行了对比。在温度 1000 K，压力 1 atm，100% CO2，行程 50 cm 时，计算 2000 cm 1～ 2500 cm 1（ 4.0～ 5.0 m）波段内
Abstract：Modeling infrared radiation characteristics of F35 stealth fighter is presented in this paper. The 3D models of airframe and plume are built based on structure and material data of the stealth fighter. Simulating and caclulating the flow field for airframe and turbofan engine. A temperature field for the skin, a temperature field, a pressure filed and a concentration field of gas species for the plume is caculated. A statistical narrow-band model is constructed with the High-Temperature Molecular Spectroscopic Database（HITEMP）. Spectral transmissivity along the LOS are calculated, and the spectral radiance and radiance image of the plume are got. Spectral radiation characteristics and radiation intensity of the whole plane on different azimuth is got after modeling the radiation of nozzle and skin. It is showed that the infrared radiation of the stealth fighter is still powerful, which is caused by the powerful turbofan of the fighter. The infrared image sequences of F35 stealth fighter on the MWIR waveband are generated, which can be used for digital simulation and hardware-in-the-loop simulation for infrared imaging guided weapons development. Key words ： F35 stealth fighter ， infrared radiation characteristics ， narrow-band model ， spectral characteristics 系统对目标的探测距离甚至达到了雷达对目标探测距离的水平[3-4]，对飞行器构成了日益严重的威胁。因此，红外隐身技术越来越受到重视，目前已广泛地应用于战斗机、轰炸机、直升机和无人机等飞行器，其中以美国 F35、F22 等第四代战斗机为代表的隐身战斗机，综合采用多种先进的红外特征抑制技术来降低飞机的红外辐射，相对于第三代战斗机在具有较好的红外隐身能力[2,5-7]。
920
第 36 卷第 11 期 2014 年 11 月
曲兆俊等：F35 隐身战斗机红外辐射特性建模
Vol.36 No.11 Nov. 2014
先进战斗机采用红外隐身技术，无疑降低了红外寻的系统的作战使用效能。新型红外制导武器研制过程中，需要典型隐形目标辐射特性数据作为探测系统设计的基础和依据，研制过程中需要进行大量的数字仿真和半实物仿真以便对导弹的探测、识别、跟踪等性能进行评估和验证，以上工作都对隐身目标红外辐射特性提出了迫切需求。但是，国外隐身战斗机的红外辐射特性属于高度机密信息，目前尚不能通过公开信息渠道和实地测试获得。因此，有必要针对典型第四代隐身战斗机开展红外目标特性研究和建模仿真工作。本文通过建立隐身战斗机红外辐射模型，获得了隐身战斗机光谱辐射特性、辐射强度特性、以及红外图像序列等数据，以满足新型红外制导武器对隐身目标特性的需求。
第 36 卷第 11 期 2014 年 11 月
红外技术 Infrared Technology
Vol.36 No.11 Nov. 2014
F35 隐身战斗机红外辐射特性建模
曲兆俊，张二磊，周方方
（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）
摘要：建模研究了 F35 隐身战斗机的红外辐射特性。根据隐身飞机的结构、材料等数据，建立了隐身飞机和发动机的三维模型。通过流场仿真计算得到飞机机体的温度场，尾焰的温度场、压力场以及气体组分浓度场。利用高温气体数据库 HITEMP，建立尾焰的窄谱带辐射模型，计算了尾焰气体沿视线的光谱透过率，获得了尾焰的光谱亮度数据及亮度分布图像。建立了尾喷口和蒙皮的辐射模型，获得了飞机各方位角光谱辐射特性及辐射强度数据，计算结果表明由于发动机推力显著增加隐身战斗机红外辐射特性依然比较明显。最后生成了 F35 隐身战斗机在中波波段的红外序列图像，可用于红外成像制导武器研制中的数字仿真和半实物仿真。关键词：F35 隐身战斗机；红外辐射特性；窄谱带模型；光谱特性中图分类号：TN216 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2014)11-0920-06
图1 Fig.1 fighter
隐身战斗机红外特性建模步骤
Steps of modeling infrared characteristics for stealth
图2 Fig.2
流场仿真区域网格划分
Mesh of flow field simulation area
流场计算得到了蒙皮的温度场，尾焰的温度场、蒙皮及压力场以及主要组分 CO2 和 H2O 的浓度场。尾焰的温度场分别见图 3、图 4。主要分布在进气道入机体蒙皮最高温度 283 K，口、雷达罩顶端等部位。尾焰的最高温度为 953 K，出现在发动机喷口位置。 921
1.2.2
尾焰光谱亮度的辐射传输方程尾焰是非均匀气体介质，视线穿越尾焰各位置
显的峰值，突出表现了 CO2 和 H2O 分子的红外辐射光谱特征，不过 H2O 分子辐射比 CO2 分子辐射弱得多。其他气体成分辐射较弱，一般对尾焰热喷流红外辐射光谱特征没有明显的影响[10]。计算尾焰的红外辐射需求解非均匀气体介质的辐射传输方程。首先需要通过气体辐射的窄谱带模型求解辐射传输方向上光谱透过率，然后根据离散化辐射传输方程计算该方向上总的光谱辐射亮度。 1.2.1 气体辐射的窄谱带模型统计窄谱带模型法结合 CG 近似能够很好处理非灰、非等温、非均匀介质的辐射传输问题，因此广泛应用于研究辐射换热、飞行器发动机尾喷焰红外辐射指数尾强度以及大气的红外辐射传输计算等问题[11]。倒数强度分布的 Malkmus 统计窄谱带模型精度较高，应用广泛。一般来说，窄谱带模型的波数间隔为 5 cm 1～50 cm 1，当谱带间隔小于 10 c5 cm 1。计算结果见