[发明专利]基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法

权利要求书

1.一种基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1.从高温气体光谱数据库提取谱线参数；

步骤2.采用计算流体力学方法，获取高超声速飞行器喷焰的流场特性分布；

步骤3.根据步骤2的流场特性，将参考温度下的辐射气体i的谱线参数外推为高温和高压环境下气体谱线参数；

步骤4.对步骤3得到的谱线强度和谱线半宽分组，求解每组谱线的窄谱带参数；

步骤5.根据步骤4得到的窄谱带参数，求解视线方向上路径(L₁→L₂)气体组分的窄谱带透过率；

步骤6.对于由M种气体组成的混合物，求解其总透过率；

步骤7.根据步骤6得到的总透过率，求解视线方向上的光谱辐射信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法，其特征在于：

步骤1所述从高温气体光谱数据库提取谱线参数，包括：η₀谱线位置，S谱线积分强度，E谱线能级跃迁低态能量，γ_self自增宽半宽，γ_air空气增宽半宽，n半宽的温度指数。

3.根据权利要求1所述的一种基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法，其特征在于：

步骤2所述流场特性包括温度T、总压力P和气体摩尔分数X_i，其中i表示气体种类。

4.根据权利要求1所述的一种基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法，其特征在于：

步骤3所述气体谱线参数包括谱线强度S和谱线半宽γ；根据如下公式，将参考温度下的辐射气体i的谱线参数外推为高温和高压环境下气体谱线参数：

其中，T_ref为参考温度，Q为配分函数，c₂为第二辐射常数。

5.根据权利要求1所述的一种基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法，其特征在于：

所述步骤4具体为：基于高温气体各光谱带对辐射传输的贡献，按照能级跃迁低态能量水平，将步骤3计算得到的谱线强度S_i和谱线半宽γ_i分为j组，计算每组谱线的窄谱带参数：

其中，u为压力路径长度，P为局地总压，L为视线位置，N为谱带Δη内谱线数量，为平均线强，为平均半宽，为等效谱线间距，为平均吸收系数，为谱线重叠参数，为路径等效吸收系数，为路径等效谱线重叠参数。

6.根据权利要求1所述的一种基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法，其特征在于：

所述步骤5具体为：对步骤4得到的窄谱带参数和计算得到视线方向上路径(L₁→L₂)气体组分的窄谱带透过率公式如下：

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7.根据权利要求1所述的一种基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法，其特征在于：

所述步骤6具体为：根据步骤5计算公式，针对由M种气体组成的混合物，计算得到其总透过率为：

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8.根据权利要求1所述的一种基于离散光谱贡献的超燃冲压发动机喷焰红外光谱辐射预测方法，其特征在于：

所述步骤7具体为：将步骤6计算得到的视线方向高温气体混合物的窄谱带总透过率代入辐射传输方程：

其中，I_Δη(0)为高超声速飞行器发动机壁面或视线延伸方向上环境背景对辐射传输的贡献，I_b,Δη为喷焰局部黑体辐射，I_Δη为计算得到的视线方向上的光谱辐射信号。