[发明专利]一种固体推进剂烟雾影响可见光制导信号虚拟试验方法

摘要

本发明公开了一种固体推进剂烟雾影响可见光制导信号虚拟试验方法，包括以下步骤：一、羽流场计算及数据存储；二、气相产物羽流场数据结构网格化处理；三、凝聚相产物羽流场数据结构网格化处理；四、可见光制导信号影响虚拟测试：初始参数设定、制导信号入射方向确定、粒子轨迹途经制导信号影响网格确定、粒子轨迹网格化数据计算、各粒子轨迹衰减系数换算和入射方向上可见光制导信号衰减系数计算。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速且准确获得固体推进剂烟雾对可见光制导信号的影响结果。

主权项

1.一种固体推进剂烟雾影响可见光制导信号虚拟试验方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、羽流场计算及数据存储：采用数据处理器调用FULENT软件对所试验固体推进剂进行羽流场计算后，将羽流场计算结果自动输出并存储至与所述数据处理器相接的数据存储单元内；其中，所输出的羽流场计算结果中包括气相产物羽流场计算结果和凝聚相产物羽流场计算结果；步骤二、气相产物羽流场数据结构网格化处理，其处理过程如下：步骤201、喷流区域气相产物流场数据读取：采用所述数据处理器从步骤一中所输出的气相产物羽流场计算结果中，读取喷流区域内所有非结构网格节点的气相产物流场数据；所述喷流区域为步骤一中羽流场计算时所用发动机喷管出口后方的矩形区域；步骤202、轴向坐标轴上非结构网格点提取：采用所述数据处理器从步骤201中所述喷流区域内的所有非结构网格节点中，提取位于轴向坐标轴上的所有非结构网格点，本步骤中所提取的位于轴向坐标轴上的非结构网格点总数量为N_X；其中，轴向坐标轴为所述发动机喷管的中心轴线所在的横坐标轴，位于轴向坐标轴上的非结构网格点的径向坐标y_h=0且其轴向坐标x_h≥0，其中h为正整数，且h=1，2，…，N_X；步骤203、径向坐标轴上非结构网格点提取：采用所述数据处理器从步骤201中所述喷流区域内的所有非结构网格节点中，提取位于径向坐标轴上的所有非结构网格点，且所提取的位于径向坐标轴上的非结构网格点总数量为N_Y出；其中，径向坐标轴为所述发动机喷管出口处所在的纵坐标轴且发动机喷管出口处的轴向坐标值为0，位于径向坐标轴上的非结构网格点的轴向坐标x_k1=0且其径向坐标y_k1≥0，其中k1为正整数，且k1=1，2，…，N_Y出；步骤204、构建结构网格图：将N_X条直线x=x_h和N_Y出条直线y=y_k1正交后，构建出一个包含（N_X－1）×（N_Y出－1）个矩形网格的结构网格图；步骤205、气相产物羽流场数据结构网格化处理：采用所述数据处理器对步骤204中所构建结构网格图中各矩形网格的四个顶点的气相产物流场数据分别进行重新赋值；所有矩形网格中各顶点的气相产物流场数据重新赋值方法均相同，其中对于所构建结构网格图中任一个矩形网格的任一顶点的气相产物流场数据进行重新赋值时，所述数据处理器先自步骤201中所述喷流区域内的所有非结构网格节点中找出与当前被赋值顶点距离最近的非结构网格节点，并将所找出的非结构网格节点的气相产物流场数据赋给当前被赋值的顶点；步骤三、凝聚相产物羽流场数据结构网格化处理：所述数据处理器利用步骤204中所构建的结构网格图对M个不同粒径粒子的粒子轨迹数据分别进行结构网格化处理，过程如下：步骤301、结构网格化处理初始参数设定：采用所述参数输入单元对M的取值和M个不同粒径粒子的粒径D_nr分别进行设定；其中，r为正整数，且r=1,2，…，M；步骤302、粒子轨迹数据读取：采用所述数据处理器从步骤一中所输出的凝聚相产物羽流场计算结果中读取所设计固体推进剂的所有粒子轨迹数据；其中，所读取的凝聚相产物羽流场计算结果包括粒子直径随轨迹变化的文件和粒子轨迹的时间步长文件；步骤303、发动机喷管入口矩形网格数量获取及各喷管入口矩形网格的上下边界确定：首先，采用所述数据处理器从步骤一中输出的气相产物羽流场计算结果中读取发动机喷管区域内所有非结构网格节点的流场数据；之后，采用所述数据处理器从所读取的发动机喷管区域内的所有非结构网格节点中提取位于直线x=-Δd上的所有非结构网格节点，所提取的位于直线x=-Δd上的非结构网格点总数量为N_Y入；其中，位于直线x=-Δd上的非结构网格节点的轴向坐标x_k2=-Δd且其径向坐标y_k2≥0，其中k2为正整数，且k2=1，2，…，N_Y入；Δd为所述发动机喷管入口至喷管出口之间的距离；步骤204中所构建结构网格图中位于所述发动机喷管入口处的矩形网格为喷管入口矩形网格，所述喷管入口矩形网格数量为（N_Y入-1）个，各喷管入口矩形网格的上下边界分别为上下相邻的两条直线y=y_k2；步骤四、可见光制导信号影响虚拟测试，其测试过程如下：步骤401、初始参数设定：采用所述参数输入单元输入试验用可见光的波长λ；步骤402、制导信号入射方向确定：先采用所述参数输入单元对可见光的入射位置进行设定，再根据所设定的入射位置对可见光的入射方向x=x_入进行确定，并采用所述数据处理器找出位于直线x=x_入上的所有矩形网格；其中，x_入为所设定入射位置与所述发动机喷管出口之间的间距；位于直线x=x_入上的所有矩形网格均为制导信号影响网格；步骤403、粒子轨迹途经制导信号影响网格确定：采用所述数据处理器对以步骤303中所述的（N_Y入-1）个喷管入口矩形网格作为起始网格的所有粒子轨迹途经的制导信号影响网格进行确定；其中，以（N_Y入-1）个喷管入口矩形网格中任一个喷管入口矩形网格作为起始网格的粒子轨迹轨迹均包括M个不同粒径粒子轨迹，以（N_Y入-1）个喷管入口矩形网格作为起始网格的所有粒子轨迹数量为M×（N_Y入-1）个；步骤404、粒子轨迹网格化数据计算：采用所述数据处理器对M×（N_Y入-1）个粒子轨迹的网格化数据分别进行计算，所有粒子轨迹的网格化数据计算方法均相同；其中，对M×（N_Y入-1）个粒子轨迹中任一条粒子轨迹的网格化数据进行计算时，采用所述数据处理器计算得出当前所计算粒子轨迹在所途经制导信号影响网格内的粒子数密度和粒子平均直径；步骤405、各粒子轨迹衰减系数换算：采用所述数据处理器对M×（N_Y入-1）个粒子轨迹的衰减系数分别进行换算，所有粒子轨迹的衰减系数换算方法均相同；其中，对M×（N_Y入-1）个粒子轨迹中任一条粒子轨迹的衰减系数进行换算时，所述数据处理器根据公式κ₀=πr²×Q×n_p进行换算，式中κ₀为当前所换算粒子轨迹的衰减系数，d为步骤404中计算得出的当前所换算粒子轨迹在所途经制导信号影响网格内的粒子平均直径，n_p为步骤404中计算得出的当前所换算粒子轨迹在所途经制导信号影响网格内的粒子数密度；Q为衰减效率且式中a_n和b_n为入射波长为λ时半径为r的球形粒子的Mie散射系数，Re(a_n+b_n)表示取a_n+b_n的实部，n为正整数；步骤406、入射方向上可见光制导信号衰减系数计算：采用所述数据处理器将步骤405中计算得出的M×（N_Y入-1）个粒子轨迹的衰减系数叠加后，获得入射方向上可见光制导信号的衰减系数κ。