[发明专利]一种确定多层隔热材料起伏表面红外辐射的方法

摘要

本发明公开了一种确定多层隔热材料起伏表面红外辐射的方法。该方法的步骤如下模拟生成随机起伏表面；确定起伏表面间的辐射传递系数；建立空间环境下起伏表面的辐射传热模型；根据辐射传热模型，确定起伏表面总辐射热流，根据能量方程求得起伏表面温度分布；根据上述计算得到的起伏表面温度分布和辐射传递模型，计算求得任意波段内的起伏表面红外辐射分布。本发明通过模拟生成随机起伏表面，并确定起伏表面间的辐射传递系数，建立了适用于空间环境下多层隔热材料起伏表面的传热模型和红外辐射模型，能够真实准确的反映空间目标起伏表面温度场和红外辐射分布。

主权项

一种确定多层隔热材料起伏表面红外辐射的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立随机起伏表面形态特征的生成模型，生成随机起伏表面，所述建立随机起伏表面形态特征的生成模型具体为：步骤1‑1、给定表面高度均方根σ，二维随机起伏表面高度均方根定义为：σ=1NΣn=1N[z(x,y)-z‾(x,y)]2]]>其中，z(x,y)为二维随机起伏表面取样点高度，为二维随机起伏表面取样点高度平均值，N为取样点总数；步骤1‑2、根据表面高度均方根σ生成服从高斯分布的随机序列η(x,y)，η(x,y)～N(0,σ)，并计算其傅立叶变换A(wx,wy)；步骤1‑3、根据指数型自相关函数，通过傅立叶变换得到滤波器输出信号的功率谱密度，其中指数型自相关函数R(τx,τy)为：R(τx,τy)＝σ2exp(‑2.3((τx/βx)2+(τy/βy)‑2)1/2)式中，βx、βy分别表示x、y方向上的自相关长度，滤波器输出信号的功率谱密度G(ωx,ωy)为：G(ωx,ωy)=12π∫0∞∫0∞R(τx,τy)cos(ωxτx+ωyτy)dτxdτy]]>同时，确定输入序列η(x,y)的功率谱密度S(ωx,ωy)为：S(ωx,ωy)=12π∫0∞∫0∞η(x,y)cos(ωxx+ωyy)dxdy]]>由于输入序列服从高斯分布，则其功率谱密度应为常数，即S(ωx,ωy)＝C；步骤1‑4、计算滤波器的传递函数H(wx,wy)为：H(wx,wy)＝(G(wx,wy)/C)1/2；步骤1‑5、计算输入序列经过二维滤波器后的输出序列的傅立叶变换：Z(wx,wy)＝H(wx,wy)A(wx,wy)；步骤1‑6、对Z(wx,wy)进行傅立叶逆变换得到表面的高度分布函数z(x,y)；步骤1‑7、再次执行步骤1‑1～步骤1‑6，生成二级随机起伏表面，第二级表面的高度均方根与第一级的比例为1:50，通过前面所述方法生成不同相关长度和高度均方根的随机表面；步骤1‑8、将两个表面叠加合成，从而得到接近真实的多层隔热材料随机起伏表面形貌；步骤2、建立起伏表面间的辐射传递模型，根据模拟的起伏表面形态特征，确定表面间辐射传递因子；步骤3、基于空间环境下起伏表面的辐射传递过程，建立起伏表面的自身发射辐射模型、吸收太阳直接辐射模型、吸收地球红外辐射模型、吸收地球反射太阳辐射模型以及吸收其它面元的辐射模型；步骤4、根据上述空间环境下起伏表面间的辐射传递模型，确定起伏表面总辐射热流，进而根据能量方程求得起伏表面温度分布；步骤5、根据上述计算得到的起伏表面温度分布和辐射传递模型，根据普朗克定律积分求得任意波段内的起伏表面红外辐射分布。