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无人机红外辐射特性数值模拟研究综述.pdf

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1.绪论 1.1研究背景和意义 1.2国内外研究现状分析 1.3研究目的和意义 2.红外辐射特性基础知识 2.1红外辐射的产生与传播 2.2红外辐射特性的影响因素 2.3红外辐射传感器的工作原理 3.无人机红外辐射数值模拟方法 3.1无人机模型建立 3.2红外辐射模型数值模拟 3.3模拟结果分析与评价 4.实验 4.1实验设计 4.2材料、工具与实验装置 4.3实验步骤与过程 4.4实验结果分析 5.结论与展望 5.1结论 5.2未来研究展望 5.3存在问题与改进措施第1章节绪论 1.1研究背景和意义 随着无人机的发展和应用范围的扩大，无人机的隐身性能日益 受到关注。而在现代隐身技术中，红外辐射隐身技术越来越受 它包含的波长范围为，其中以3μm~5μm和 8μm~14μm的波长段为主。军事领域中，敌方使用红外探测系 统可以对无人机进行有效探测和追踪，甚至进行打击。因此， 研究无人机红外辐射特性对无人机隐身性能的提高和红外辐射 探测系统的研究都具有重要意义。 1.2国内外研究现状分析 在国内外，对无人机红外辐射特性进行数值模拟研究已经逐渐 兴起。在国内，无人机红外辐射特性的研究主要集中在模型建 立和红外辐射模拟方法的研究上。例如，一些研究利用有限元 方法和边界元法建立无人机的三维模型，并进行红外辐射数值 模拟。但是这些研究在实际应用中还存在一些问题，例如计算 复杂度大、计算精度有限等。因此，未来的研究应该关注对红 外辐射数值模拟方法的改进和提升。 而国外对无人机红外辐射特性的数值模拟研究更加深入。美国 军方利用红外探测器对无人机红外辐射进行监测，并对其进行 探测性能评估。而在研究方法上，国外研究通常利用经验公式、 统计方法和计算流体力学等进行计算，这些方法在计算效率和 精度上都有所提升。 1.3研究目的和意义 本文旨在对无人机红外辐射特性进行数值模拟研究，并提出改 进和提高模拟精度的方法，为无人机隐身性能的提高和红外辐 点： （1）建立无人机红外辐射模型，利用数值模拟方法对其辐射 特性进行研究； （2）系统总结红外辐射模型数值模拟的方法，提出改进和优 化方案； （3）探究不同材料、形状和工作状态对红外辐射特性的影响， 为无人机隐身技术的提高提供科学依据； （4）对实验结果进行分析和评估，优化数值模型并提出进一 步研究展望。第2章节数值模拟方法 2.1红外辐射数值模拟方法简介 红外辐射数值模拟是利用计算机进行计算和预测物体在红外波 段下的辐射特性的一种方法。其基本的计算原理是通过建立物 体的数值模型并采用适当的辐射传输方程、计算方法和反演算 法，对物体的辐射特性进行计算和预测。常见的红外辐射数值 模拟方法包括有限元方法、边界元法、辐射传输方程法、 MonteCarlo法等。 2.2有限元方法 有限元法是一种基于物理场的数值计算方法，适用于复杂物体 辐射传输场的计算和预测。该方法较适合处理有限区域内的边 采用基函数将问题转化为有限自由度的代数问题，通过计算求 解该代数问题得到数值解。 在无人机红外辐射数值模拟中，有限元法通常用于求解辐射传 输方程。该方法将模型划分为多个单元，每个单元可以看作是 一个小区域，通过计算各单元之间的热传递，求解出物体在每 个单元内的温度分布以及整体的辐射特性。 该方法的优点是可以处理各种复杂几何形状的物体，并具有较 高的精度。但是其计算量较大，需要占用大量计算资源和时间， 同时对于大型无人机辐射传输问题的计算精度也存在一定问题。 2.3边界元法 边界元法是一种基于格林函数技术的数值计算方法，它将物体 表面的边界上的场分布作为模型的主要描述量，在该表面上解 析边界处的辐射传输方程，通过积分方法求解整个物体的辐射 特性。 在无人机红外辐射数值模拟中，边界元法主要用于计算物体的 边界辐射和探测器/传感器内的入射辐射。该方法的计算量较 小，且不需要离散化整个物体，因此适用于处理复杂边界的物 体并具有较高的计算效率。 但是该方法在处理非球形物体、空腔和小孔等时存在精度问题， 同时也需要对模型进行划分和生成边界元计算矩阵等预处理工 2.4辐射传输方程法 辐射传输方程法是一种基于传输方程描述辐射传输的数值计算 方法，适用于描述物体内部的辐射转移过程。该方法通过对传 输方程进行适当的近似化简，利用数值方法求解辐射传输方程， 来预测物体的辐射特性。 在无人机红外辐射数值模拟中，辐射传输方程法较常用的方法 是离散退化辐射传输方程，该方法采用离散化的方法对传输方 程进行数值求解。其优点是处理能力较强，可用于处理复杂光 学性质的无人机辐射传输问题。 但是该方法的精度较低，误差较大，且对于辐射源、场景和相 互作用的描述较为简单，不利于处理复杂情况。 2.5MonteCar