CN108595867B - 一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据处理技术领域，提供了一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法及装置，该方法包括：基于仿真获得典型伴随流速度条件下的喷焰流场特性参数，并计算喷焰的红外辐射强度；根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度变化的喷焰流场尺度，并基于自身发射原理得到随伴随流速度变化的红外辐射强度函数；对于待估算的伴随流速度，通过公式求解对应的喷焰红外辐射强度。本发明可以可实现随伴随流速度变化的低空喷焰红外辐射特性快速预估，解决以往基于详细建模方法喷焰流场和辐射特性计算效率低的问题。

Description

一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法及装置。

背景技术

针对低空(40km以下)发动机喷焰随不同伴随流条件(低空条件下可等效为目标的飞行速度)下红外辐射特性仿真，目前通过CFD方法求解喷焰流场分布、逐线积分法求解气体吸收系数、LOS法求解喷焰气体辐射传输是喷焰红外辐射特性精细数值计算方法，是低空发动机喷焰红外辐射特性的主要方法。仿真获得某一典型状态下的流场和辐射特性计算时间成本较高，效率较低，特别仿真获得某一典型高度下的流场和辐射特性，但是弹道飞行状态千变万化，无法覆盖所有流动状态，而伴随流是影响不同弹道条件下的喷焰流场和红外辐射特性核心因素。

因此，针对以上不足，需要为低空喷焰随弹道变化的喷焰红外辐射特性提供一种快速、有效的预估方法，解决以往基于详细建模方法喷焰流场和辐射特性计算效率低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中基于详细建模方法喷焰流场和辐射特性计算效率低的缺陷，提供了一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法及装置，能够快速有效地实现预估。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法，包括：

基于仿真获得典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场特性参数，并计算喷焰的红外辐射强度I_template(U_{∞_template})；

根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，并基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)；

对于待估算的伴随流速度U_{∞_new}，通过以下公式求解对应的喷焰红外辐射强度I：

其中，I_new(U_{∞_new})和I_new(U_{∞_template})分别为将待估算的伴随流速度U_{∞_new}和典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入红外辐射强度函数I_new(U_∞)后得到的红外辐射强度。

可选地，所述根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，包括：

根据仿真得到的喷焰流场特性参数确定典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template；

根据所述典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template，通过以下公式计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

其中，R_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰最大等效半径，L_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰等效长度，f(U_{∞_template})和g(U_{∞_template})为将典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)得到。

可选地，所述高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)分别为：

其中，U_∞为伴随流速度，U^*为喷焰极限膨胀速度，且

γ_exit为给定的比热比，R为气体常数，T_exit为发动机喷管出口温度。

可选地，所述基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)，包括：

根据随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度计算各个喷焰流场分区的光谱吸收系数；

根据各个喷焰流场分区的光谱吸收系数获得随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)。

可选地，所述根据随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度计算各个喷焰流场分区的光谱吸收系数，包括：

通过以下公式计算各个喷焰流场分区中单种气体的光谱吸收系数k_η：

式中，k_η,i是各相互重叠谱线在波数η处的线吸收系数，F(η-η_0,i)是谱线线型函数，η_0,i为计算域内第i条谱线中心处的波数，S_i为标准化为单个分子的谱线积分强度，N为分子数密度；

对喷焰流场分区中各种气体的光谱吸收系数求和得到混合物的总吸收系数作为该分区的光谱吸收系数。

本发明还提供了一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估装置，包括：仿真单元、变化预估单元、和强度修正单元；

所述仿真单元，基于仿真获得典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场特性参数，并计算喷焰的红外辐射强度I_template(U_{∞_template})；

所述变化预估单元，用于根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，并基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)；

所述强度修正单元，用于对于待估算的伴随流速度U_{∞_new}，通过以下公式求解对应的喷焰红外辐射强度I：

其中，I_new(U_{∞_new})和I_new(U_{∞_template})分别为将待估算的伴随流速度U_{∞_new}和典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入红外辐射强度函数I_new(U_∞)后得到的红外辐射强度。

可选地，所述变化预估单元用于执行以下操作以计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

根据仿真得到的喷焰流场特性参数确定典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template；

根据所述典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template，通过以下公式计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

其中，R_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰最大等效半径，L_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰等效长度，f(U_{∞_template})和g(U_{∞_template})为将典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)得到。

可选地，所述高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)分别为：

其中，U_∞为伴随流速度，U^*为喷焰极限膨胀速度，且

γ_exit为给定的比热比，R为气体常数，T_exit为发动机喷管出口温度。

可选地，所述变化预估单元用于执行以下操作以基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)：

根据随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度计算各个喷焰流场分区的光谱吸收系数；

根据各个喷焰流场分区的光谱吸收系数获得随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)。

可选地，所述变化预估单元通过以下公式计算各个喷焰流场分区中单种气体的光谱吸收系数k_η：

式中，k_η,i是各相互重叠谱线在波数η处的线吸收系数，F(η-η_0,i)是谱线线型函数，η_0,i为计算域内第i条谱线中心处的波数，S_i为标准化为单个分子的谱线积分强度，N为分子数密度；

对喷焰流场分区中各种气体的光谱吸收系数求和得到混合物的总吸收系数作为该分区的光谱吸收系数。

实施本发明实施例提供的伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法及装置，至少具有如下有益效果：

1、本发明可以基于仿真获得的典型伴随流速度条件下喷焰的红外辐射强度，以及基于自身发射原理得到随伴随流速度变化的红外辐射强度函数，求解不同伴随流条件下流场和辐射变化规律，可实现随伴随流速度变化的低空喷焰红外辐射特性快速预估，给出不同波段的红外辐射强度，支撑喷焰红外辐射特性的快速仿真，解决以往基于详细建模方法喷焰流场和辐射特性计算效率低的问题。

2、本发明构建了喷焰流场尺度转换公式，可以根据典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场尺度，计算出随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，从而将单一典型伴随流速度U_{∞_template}下的仿真结果转换到不同的随伴随流速度U_∞，便于对不同的随伴随流速度下红外辐射特征求解。

3、本发明还通过对喷焰流场的统计特性进行分析，拟合出高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)的公式，获得低空喷焰流场喷焰流场尺度随伴随流速度U_∞的变化规律。

4、本发明在估算新的伴随流速度U_{∞_new}的红外辐射强度I_new(U_{∞_new})后，为了获得更高精度的光谱辐射强度，还利用仿真求得的I_template(U_{∞_template})进行修正，从而计算更高精度的不同伴随流速度条件下的光谱辐射强度。

附图说明

图1是本发明实施例一所提供伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法的流程图；

图2是低空喷焰流场示意图；

图3是根据本发明的低空喷焰红外辐射特性拟合曲线图；

图4是根据本发明的低空喷焰流场预估的分布特性图；

图5是本发明实施例五所提供伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估装置的示意图；

图中：501：仿真单元；502：变化预估单元；503：强度修正单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法，可以包括以下步骤：

步骤S101：基于仿真获得典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场特性参数，并计算喷焰的红外辐射强度I_template(U_{∞_template})；

步骤S102：根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，并基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)；

步骤S103：对于待估算的伴随流速度U_{∞_new}，通过以下公式求解对应的喷焰红外辐射强度I：

其中，I_new(U_{∞_new})和I_new(U_{∞_template})分别为将待估算的伴随流速度U_{∞_new}和典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入红外辐射强度函数I_new(U_∞)后得到的红外辐射强度。

本发明实施例提供的伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法，可以基于仿真获得的典型伴随流速度条件下喷焰的红外辐射强度，以及基于自身发射原理得到随伴随流速度变化的红外辐射强度函数，求解不同伴随流条件下流场和辐射变化规律，实现可实现随伴随流速度变化的低空喷焰红外辐射特性快速预估，给出不同波段的红外辐射强度，支撑喷焰红外辐射特性的快速仿真，解决以往基于详细建模方法喷焰流场和辐射特性计算效率低的问题。

实施例二

在实施例一所提供伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法的基础上，步骤S101中基于仿真获得典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场特性参数，并计算喷焰的红外辐射强度I_template(U_{∞_template})的过程，具体可以通过如下方式实现：

A1、基于CFD++方法以发动机喷管出口参数和环境参数作为输入，仿真获取典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场特性参数。其中，发动机喷管出口参数包括：喷管出口半径R_{exit_template}、出口压强P_{exit_template}、出口温度T_{exit_template}、出口密度ρ_{exit_template}、出口速度U_{exit_template}、出口比热比γ_{exit_template}和组分质量浓度(如co₂质量分数

co质量分数x_{coexit_template}、h₂o质量分数

)。所述环境参数包括：伴随流压强P_{∞_template}、伴随流温度T_{∞_template}和伴随流速度U_{∞_template}。所述喷焰流场特性参数包括：温度T(x,y)、压强P(x,y)、密度ρ(x,y)、组分质量浓度分布X(x,y)，其中x和y分别代表流场中位置，上述参数表征随位置变化的参数。本发明中下标template代表模板，exit代表出口，∞代表环境伴随流。

A2、以喷焰流场特性参数作为输入，基于逐线积分法求解喷焰流场中气体的吸收系数，基于LOS(视在光线法)求解喷焰流场的辐射传输方程，获取喷焰红外辐射强度(即光谱辐射强度)。

本发明可以采用CFD++及逐线积分和LOS方法仿真典型高度典型来流速度条件下的喷焰流场和红外辐射特性的模板，提取喷焰流场特性参数，有利于后续对伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)进行求解。本发明并不限定模板的具体形式，典型速度、典型高度下仿真或实测获取的流场和辐射特性均可作为模板。

实施例三

在实施例二所提供伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法的基础上，步骤S102中根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度的过程，具体可以通过如下步骤实现：

B1、根据仿真得到的喷焰流场特性参数确定典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template。

喷焰红外辐射特性主要由温度、密度和组分浓度确定。本发明依据低空喷焰流场特性的分布特点，从步骤S101的模板中由以下关系确定典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template：取喷焰边界的温度T降低到环境来流温度T_{∞_template}的1.05倍的半径，即为喷焰最大等效半径R_template；从喷管出口到环境气体中氧气x_{o2∞_template}质量分数Y_a减小到0.1时的距离，即为喷焰等效长度L_template。如图2所示，为低空喷焰流场示意图。该参数R_template和L_templ_ate可以由仿真的模板直接得到。

B2、根据所述典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template，通过以下公式计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

其中，R_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰最大等效半径，L_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰等效长度，f(U_{∞_template})和g(U_{∞_template})为将典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)得到。

本发明通过大量的实验数据，对喷焰流场的统计特性进行分析，发现对于给定的比热比γ_exit和伴随流速度U_∞，随着伴随流速度的增加，对应的喷焰等效长度随之增加，当伴随流速度趋近于喷焰极限膨胀速度U^*时，喷焰等效长度达到其最大值，后随着伴随流增加，喷焰等效长度减小。如图3所示，为根据本发明的低空喷焰红外辐射特性拟合曲线图。该曲线是基于数值仿真的100组不同来流速度对应的流场中统计的L_template数据为基础拟合得到，仿真中γ_exit＝1.2。

根据该拟合曲线，可得高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)分别为：

其中，U_∞为伴随流速度，U^*为喷焰极限膨胀速度，且

γ_exit为给定的比热比，R为气体常数，T_exit为发动机喷管出口温度。

在获得典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template，以及高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)后，就可以通过公式(2)和(3)求得随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度R_new和L_new。

本发明构建了喷焰流场尺度转换公式，可以根据典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场尺度，计算出随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，从而将单一典型伴随流速度U_{∞_template}下的仿真结果转换到不同的随伴随流速度U_∞，便于对不同的随伴随流速度下红外辐射特征求解。

进一步地，本发明还通过对喷焰流场的统计特性进行分析，拟合出高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)的公式，获得低空喷焰流场喷焰流场尺度随伴随流速度U_∞的变化规律。

实施例四

在实施例三所提供伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法的基础上，步骤S102中基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)的过程，具体可以通过如下步骤实现：

C1、根据随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度计算各个喷焰流场分区的光谱吸收系数k_m,η，其中m为分区编号，η为波长。本发明的喷焰流场分区包括复燃区、来流影响区和流场出口区，对应的光谱吸收系数分别为k_1,η、k_2,η和k_3,η。

C2、根据各个喷焰流场分区的光谱吸收系数获得随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)。

请参阅图4，为根据本发明的低空喷焰流场预估的分布特性图。如图4所示，本发明的喷焰流场被划分为3个喷焰流场分区，每个分区的区域及对应的特性参数分别为：

1、流场出口区：0≤l≤k₁*L_new，0≤R≤R_{exit_template}；

流场出口区的参数有出口温度T_{exit_template}、出口压强P_{exit_template}、出口密度ρ_{exit_template}、co₂质量分数

h₂o质量分数

co质量分数x_{coexit_template}为喷管发动机出口的参数即步骤S101模板中的输入参数。图4中上述参数简写为T_e、P_e、ρ_e、X_CO、X_H2O、X_CO2。

2、来流影响区：0≤l≤k₁*L_new，R_{exit_template}≤R≤R_new；

来流影响区的参数有影响区的温度、压强、密度、co质量分数、h₂o质量分数和co₂质量分数，即T_i、P_i、ρ_i、X_{CO_i}、X_{H2O_i}、X_{CO2_i}。这些参数为喷管出口到来流环境的变化参数，随径向距离R呈线性变化，

例如：当径向距离R等于R_{exit_template}，此时T_i＝T_{exit_template}，当径向距离R等于R_new，此时T_i＝1.05T_{∞_template}；

当距离R介于R_{exit_template}和R_new之间时：

T_i＝T_{exit_template}+(R-R_{exit_template})*(1.05T_{∞_template}-T_{exit_template})/(R_new-R_{exit_template}) (6)

其余参数依此方法同样求解。

3、复燃区：k₁*L_new≤l≤L_new，0≤R≤R_new。

复燃区的温度、压强、密度、co质量分数、h₂o质量分数和co₂质量分数T_afterburning、P_afterburning、ρ_afterburning、X_{CO_afterburning}、X_{H2O_afterburning}、X_{CO2_afterburning}为考虑复燃效应的流场参数。

计算方法为：如模板中已知喷焰流场温度分布T(x,y)，令y＝0，则有温度沿轴线(即L方向)的温度分布函数T(x,0)，令k₁*L_template≤x≤L_template时，获取其最大值T_max(x,0)，其中T_afterburning＝0.85T_max(x,0)。其余参数按此方法，由模板确定k₁*L_template≤x≤L_template区域的最大值乘上0.85的系数获得。

上述分区划分中的l为穿过流场的长度，即沿飞行器飞行方向，R为径向距离(即半径)。R_{exit_template}为已知的发动机喷管出口参数中的喷管出口半径。k₁的计算方法如下：从步骤S101的喷焰流场的模板中取X_oh(x,y)，表示氢氧根(oh)组分质量浓度随坐标(x，y)变化，令y＝0，当X_oh(x,0)>＝0出现时，由模板取得此位置的x，则k₁＝x/R_template。

在划分了3个喷焰流场分区后，就可以采用HITRAN/HITEMP光谱数据库，计算上述各个喷焰流场分区的气体吸收系数k_m,η。具体计算方法如下：

对于同一气体，其在波数η处光谱吸收系数k_η等于各相互重叠谱线在波数η处的线吸收系数k_η,i之和，即：

式中，k_η是吸收系数，F(η-η_0,i)是谱线线型函数，η_0,i为计算域内第i条谱线中心处的波数，S_i为标准化为单个分子的谱线积分强度，N为单一气体的分子数密度。

在HITRAN/HITEMP光谱数据库中均给出了标准状态(P₀＝1.01325×10⁵pa、T₀＝296K)下大气中各组分的谱线积分强度S^*(T₀)(标准化为296K单个分子)。其它温度下单个分子谱线强度表达式：

式中：η₀为谱线中心位置，E″为低态谱项，Q_V(T)为振动配分函数，Q_R(T)为转动配分函数，S^*(T)为温度为T时单个分子的谱线积分强度，c为光速，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数。

其中谱线线型函数有洛伦兹线型(Lorentz)、多普勒线型(Doppler)，本发明使用佛奥特(Viogt)线型，计算公式如下：

式中，W_L为洛伦兹谱线全线宽，W_D为多普勒谱线全线宽，W_V为佛奥特线型全线宽，I_V,max为谱线中心处佛奥特线型函数的值。

其中

在得到各个喷焰流场分区的温度、压强、密度、co质量分数、h₂o质量分数和co₂质量分数之后，就将各自的温度作为温度T代入公式(8)中计算温度为T_i时单个分子的谱线积分强度S^*(T)即公式(7)中S_i。将S_i、F(η-η_0,i)和N代入公式(7)中就可以获得单种气体的光谱吸收系数k_η。其中分子数密度N由来流影响区的密度ρ_i转换得到。

对于有n′种组分的混合物的总吸收系数(即喷焰流场分区的气体吸收系数)

其中k_η,j表示第j种气体的光谱吸收系数，通过上述公式(7)得到。优选地，本发明中主要考虑气体组分为co₂、co、h₂o三种组分，其中n′＝3。

由于沿不同方向观测时，其光谱辐射是不一样的，本领域基础技术人员可以根据观测角度的不同利用各个喷焰流场分区的光谱吸收系数来计算随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)。例如，以沿着径向方向(上述R方向)为例说明，则其为：

式中k_1,η为复燃区的光谱吸收系数，k_2,η为来流影响区的光谱吸收系数，k_3,η为流场出口区的光谱吸收系数，式中k_4,η＝k_2,η。c₁为第一辐射常数，c₂为第二辐射常数，λ为辐射波长λ＝10000/η。

按照上述方法，可计算获取I_new(U_∞)，对于待估算的伴随流速度U_{∞_new}，U_∞＝U_{∞_new}时可以得到I_new(U_{∞_new})，当U_∞＝U_{∞_template}时，也可以计算得到I_new(U_{∞_template})，为了获得更高精度的光谱辐射强度，利用步骤S101求得的I_template(U_{∞_template})进行修正，从而计算更高精度的不同伴随流速度条件下的光谱辐射强度，方法如下：

通过上述方法快速预估出不同伴随流速度条件下的光谱辐射强度变化规律，并结合第一步求解的典型伴随流速度条件下光谱辐射强度，获得随U_∞变化的光谱辐射强度。即U_{∞_new}新伴随流速度下：

其中I是本方法预估获取的最终喷焰在伴随流速度U_{∞_new}下的光谱辐射强度，I_template(U_{∞_template})为第一步基于精细仿真生成的伴随流速度U_{∞_template}下喷焰红外辐射强度，I_new(U_{∞_template})及I_new(U_{∞_new})是估算的在伴随流速度U_{∞_template}和U_{∞_new}条件下红外辐射强度。

通过上述步骤，可实现随伴随流速度变化的低空喷焰红外辐射特性快速预估方法，给出不同波段的红外辐射强度，支撑喷焰红外辐射特性的快速仿真。

实施例五

如图5所示，本发明实施例提供的伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估装置，可以包括：仿真单元501、变化预估单元502和强度修正单元503；

仿真单元501，用于基于仿真获得典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场特性参数，并计算喷焰的红外辐射强度I_template(U_{∞_template})。该仿真单元501执行的操作与前述方法中步骤S101相同。

变化预估单元502，用于根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，并基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)。该变化预估单元502执行的操作与前述方法中步骤S102相同。

强度修正单元503，用于对于待估算的伴随流速度U_{∞_new}，通过以下公式求解对应的喷焰红外辐射强度I：

其中，I_new(U_{∞_new})和I_new(U_{∞_template})分别为将待估算的伴随流速度U_{∞_new}和典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入红外辐射强度函数I_new(U_∞)后得到的红外辐射强度。该强度修正单元503执行的操作与前述方法中步骤S103相同。

可选地，变化预估单元502用于执行以下操作以计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

根据仿真得到的喷焰流场特性参数确定典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template；

根据所述典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template，通过以下公式计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

其中，R_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰最大等效半径，L_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰等效长度，f(U_{∞_template})和g(U_{∞_template})为将典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)得到。

可选地，所述高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)分别为：

其中，U_∞为伴随流速度，U^*为喷焰极限膨胀速度，且

γ_exit为给定的比热比，R为气体常数，T_exit为发动机喷管出口温度。

可选地，所述变化预估单元502用于执行以下操作以基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)：

根据随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度计算各个喷焰流场分区的光谱吸收系数；

根据各个喷焰流场分区的光谱吸收系数获得随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)。

可选地，所述变化预估单元502通过以下公式计算各个喷焰流场分区中单种气体的光谱吸收系数k_η：

式中，k_η,i是各相互重叠谱线在波数η处的线吸收系数，F(η-η_0,i)是谱线线型函数，η_0,i为计算域内第i条谱线中心处的波数，S_i为标准化为单个分子的谱线积分强度，N为分子数密度；

对喷焰流场分区中各种气体的光谱吸收系数求和得到混合物的总吸收系数作为该分区的光谱吸收系数。

需要说明的是，上述各个实施例所提供伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估装置内的各单位之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

另外需要说明的是，本发明实施例提供的伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估装置，可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，本发明实施例提供的伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估装置除了处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图5所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。

综上所述，本发明实施例提供的伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法及装置，提供伴随流影响下伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法，基于伴随流对流场和红外辐射特性影响规律，为低空喷焰随弹道变化的喷焰红外辐射特性提供一种快速、有效的预估方法，解决以往基于详细建模方法喷焰流场和辐射特性计算效率低的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估方法，其特征在于，包括：

基于仿真获得典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场特性参数，并计算喷焰的红外辐射强度I_template(U_{∞_template})；

根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，并基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)；

对于待估算的伴随流速度U_{∞_new}，通过以下公式求解对应的喷焰红外辐射强度I：

其中，I_new(U_{∞_new})和I_new(U_{∞_template})分别为将待估算的伴随流速度U_{∞_new}和典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入红外辐射强度函数I_new(U_∞)后得到的红外辐射强度；

所述根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，包括：

根据仿真得到的喷焰流场特性参数确定典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template；

根据所述典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template，通过以下公式计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

其中，R_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰最大等效半径，L_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰等效长度，f(U_{∞_template})和g(U_{∞_template})为将典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)得到。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)分别为：

其中，U_∞为伴随流速度，U^*为喷焰极限膨胀速度，且

γ_exit为给定的比热比，R为气体常数，T_exit为发动机喷管出口温度。

3.根据权利要求1～2中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)，包括：

根据随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度计算各个喷焰流场分区的光谱吸收系数；

根据各个喷焰流场分区的光谱吸收系数获得随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度计算各个喷焰流场分区的光谱吸收系数，包括：

通过以下公式计算各个喷焰流场分区中单种气体的光谱吸收系数：

式中，k_η,i是各相互重叠谱线在波数η处的线吸收系数，F(η-η_0,i)是谱线线型函数，η_0,i为计算域内第i条谱线中心处的波数，S_i为标准化为单个分子的谱线积分强度，N为分子数密度；

对喷焰流场分区中各种气体的光谱吸收系数求和得到混合物的总吸收系数作为该分区的光谱吸收系数。

5.一种伴随流影响下低空喷焰红外辐射特性预估装置，其特征在于，包括：仿真单元、变化预估单元和强度修正单元；

所述仿真单元，基于仿真获得典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰流场特性参数，并计算喷焰的红外辐射强度I_template(U_{∞_template})；

所述变化预估单元，用于根据仿真得到的喷焰流场特性参数计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度，并基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)；

所述强度修正单元，用于对于待估算的伴随流速度U_{∞_new}，通过以下公式求解对应的喷焰红外辐射强度I：

其中，I_new(U_{∞_new})和I_new(U_{∞_template})分别为将待估算的伴随流速度U_{∞_new}和典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入红外辐射强度函数I_new(U_∞)后得到的红外辐射强度；

所述变化预估单元用于执行以下操作以计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

根据仿真得到的喷焰流场特性参数确定典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template；

根据所述典型伴随流速度U_{∞_template}条件下的喷焰最大等效半径R_template和喷焰等效长度L_template，通过以下公式计算随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度：

其中，R_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰最大等效半径，L_new为随伴随流速度U_∞变化的喷焰等效长度，f(U_{∞_template})和g(U_{∞_template})为将典型伴随流速度U_{∞_template}作为伴随流速度U_∞代入高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)得到。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高速伴随流影响函数f(U_∞)和g(U_∞)分别为：

其中，U_∞为伴随流速度，U^*为喷焰极限膨胀速度，且

γ_exit为给定的比热比，R为气体常数，T_exit为发动机喷管出口温度。

7.根据权利要求5～6中任一项所述的装置，其特征在于，所述变化预估单元用于执行以下操作以基于自身发射原理得到随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)：

根据随伴随流速度U_∞变化的喷焰流场尺度计算各个喷焰流场分区的光谱吸收系数；

根据各个喷焰流场分区的光谱吸收系数获得随伴随流速度U_∞变化的红外辐射强度函数I_new(U_∞)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述变化预估单元通过以下公式计算各个喷焰流场分区中单种气体的光谱吸收系数：

式中，k_η,i是各相互重叠谱线在波数η处的线吸收系数，F(η-η_0,i)是谱线线型函数，η_0,i为计算域内第i条谱线中心处的波数，S_i为标准化为单个分子的谱线积分强度，N为分子数密度；

对喷焰流场分区中各种气体的光谱吸收系数求和得到混合物的总吸收系数作为该分区的光谱吸收系数。

Images