[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

说明书

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，基于高超声速喷焰混合气体组分谱线特征对喷焰热力学状态依赖性的差异性，按照各气体特征光谱带对辐射传输的贡献，将光谱区间内的谱线划分为不均匀的具有不同低态跃迁能量水平的线组，然后将各线组的窄谱带参数对光学路径进行加权平均，得到其对应的路径平均窄谱带参数，进而提高红外预警系统的信息获取与处理能力；本发明充分考虑混合气体组分谱线特征对喷焰热力学状态依赖性的差异性，提高了计算结果的精度，解决现有窄谱带方法在计算强温度梯度差的高超声速飞行器喷焰红外光谱辐射信号时存在较大误差的缺点。

技术领域

本发明属于高超声速飞行器技术领域，尤其涉及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。

背景技术

以超燃冲压发动机为推力系统的吸气式高超声速飞行器技术受到各国的高度重视。高超声速飞行器因其具有飞行速度快、机动性强、打击范围广等特点，给预警系统带来了挑战。在飞行过程中飞行器本体蒙皮和发动机喷焰产生的光辐射信号对高超声速飞行器的特性捕获、识别和预警显得尤其重要。其中，喷焰作为一种高温非均匀多物理场，有别于本体的灰体辐射，其红外辐射信号具有强烈的光谱选择性，精确预测其红外光谱辐射信号就显得尤为重要。

目前，已有求解高温气体红外辐射信号的方法，即窄谱带方法。该方法根据喷焰温度、压力和混合气体浓度分布，将光谱区间内的吸收光谱线进行统计，得到等效线强、等效半宽和等效谱线间隔参数，然后对光学路径进行加权平均，得到路径平均窄谱带参数。在此基础上将路径等效窄谱带参数代入辐射传输方程，即可求解得到喷焰在视线方向上的红外光谱辐射信号。

高超声速飞行器发动机喷焰红外信号是预警系统研制的重要依据，需要精确预测喷焰的红外信号。现有的高超声速飞行器喷焰红外辐射信号计算方法为：窄谱带方法，该方法根据高超声速飞行器喷焰热力学状态分布，结合气体吸收谱线参数，将窄谱带内的光谱线统一处理得到喷焰沿视线方向上的路径等效窄谱带参数。该方法的缺点是在计算高温气体窄谱带参数时对光谱区间内的光谱线采用了相同的采样精度，比如，在5cm^-1的光谱区间内对所有的谱线进行统计，仅得到一组窄谱带参数，这种方法导致在强温度梯度的喷焰温度场下，忽略了光谱区间内的光谱线对热力学状态依赖的差异性，降低了预测结果的精度。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出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，基于高超声速喷焰混合气体组分谱线特征对喷焰热力学状态依赖性的差异性，按照各气体特征光谱带对辐射传输的贡献，将光谱区间内的谱线划分为不均匀的具有不同低态跃迁能量水平的线组，然后将各线组的窄谱带参数对光学路径进行加权平均，得到其对应的路径平均窄谱带参数，进而提高红外预警系统的信息获取与处理能力，解决现有窄谱带方法在计算强温度梯度差的高超声速飞行器喷焰红外光谱辐射信号时存在较大误差的缺点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

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，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。