光电隐身效果评估技术系列讲座第三讲_红外隐身性能测试.pdf

光电隐身效果评估技术系列讲座

主讲人杨照金

第三讲:红外隐身性能测试与计量
杨照金
(西安应用光学研究所,陕西西安710065)

摘要:光电隐身一般包括红外隐身、激光隐身、可见光隐身、雷达隐身和声波隐身。本讲座较
系统地介绍红外隐身、激光隐身、可见光隐身的技术内涵,光电隐身技术的应用和国内外发展现
状,隐身原理和隐身措施。重点介绍光电隐身的性能评估,包括性能评价方法和模型,隐身性能
测试,隐身性能测试仪器的计量检定和校准等。
关键词:光电隐身、红外隐身、激光隐身、可见光隐身、隐身效果评估、红外发射率、雷达截面。
中图分类号:TN219;TP219.41文献标志码:A

对红外隐身性能的测试,主要集中在如下几半球积分发射率。
个方面,对红外隐身材料测试它的红外发射率,对
隐身后的目标,通过热像仪进行对比测试。下面
我们分别予以介绍。

1红外发射率测试
1.1半球积分发射率的测量
当我们研究辐射热传递和热损耗时,最关心
的是材料表面的半球发射率,对材料半球积分发图1辐射热平衡法测量材料半球积分发射率示意图
射率的测量分两种:辐射测量方法,如通过测量材这种方法的基本原理和装置如图1所示,待测
料的反射率从而求得发射率;量热法,具体又分为半球积分发射率的材料样品截面多为长窄带状,
辐射热平衡方法和温度衰减方法。其中辐射热平给该样品通电加热,并保持输入电功率稳定,直到
衡法被广泛采用,并且测量准确。样品与周围真空室达到热平衡。由于材料样品处
1.1.1辐射热平衡法测量材料半球积分发射率于真空环境中,样品本身通过热传导和对流的热
辐射热平衡法测量材料积分发射率中又根据损耗基本上可以被忽略。在达到热平衡的条件
材料样品的形状分为以下二种:热丝法测量材料下,材料样品中部区域基本上无温度梯度。而且,
半球发射率;材料圆柱样品的特征温度分布法测输入给材料样品的稳定的电功率几乎全部以辐射
量材料半球积分发射率。的形式散失掉。以上所述就是辐射热平衡法测量
1)辐射热平衡法测量材料半球积分发射率半球积分发射率的原理。
原理
2)辐射热平衡法测量半球积分发射率公式
这里主要介绍第一种方法即热丝法测量材料为得到辐射热平衡法测量半球积分发射率公
(14)杨照金:光电隐身技术及其隐身效果评估系讲座

式,首先推导材料样品的热平衡方程。首先分析材料样品与真空室达成热平衡状态,所需的测量
外界给材料样品的输入功率,包括:时间一般就比较长。那么,为缩短测量时间,可在
(a)输入稳定的电功率IV;非稳态下测量,这种是温度衰减法。它是把一个
(b)真空室内壁发射并被材料样品吸收的辐表面积较大而质量很小的样品悬挂在具有冷却内
4
射功率A2T2,其中A和又分别是材料样品的壁的真空室内,并加热到显著高于真空室内壁温
表面积和吸收比,2和T2为真空室内壁的发射率度。停止加热后,测量材料样品的冷却速度。从
和温度。由于温度均匀的密闭真空室内壁的辐射冷却速率和可知的材料样品表面积、质量和比热,
就是黑体辐射,因此,可认为2=1。计算出辐射热损耗速率,从而求出材料的半球积
(c)材料样品本身的辐射经真空室内壁反射分发射率。其中的加热方法可选光照加热与线围
又回到材料样品后,也可被材料样品吸收,但这一加热器加热等。
项可以忽略不计。样品的总输入功率P1为以光照加热样品时,若忽略真空内壁辐射对
4
P1=IV+AT2(1)样品的影响,则此球的能量平衡方程是
再分析材料样品的输出功率,主要有下列
4dT
2AhT+mCp=AE(4)
几项:dt
4
(a)样品的热辐射AhT1,其中h和T1分式中:A为薄样品的单侧截面积;h为材料发射

别是半球积分发射率和平衡温度;率;m为样品的质量;CP为材料样品的比热;dT/
(b)材料样品两端及测温传感器传导消耗的dt为样品温度随时间上升率;E为入射光辐照度。
功率2kT/x,其中,k是金属热导率,是材料待样品有足够的温升后,停止光照并使材料
样品吸收比,T/x是温度梯度。可以证明,样样品冷却,则能量平衡方程为

品两端和测温传感器的传导热损耗可忽略。4dT
2AnT=mCp(5)
(c)真空室内残留气体的热传导和对流引起dt
的热损耗,也可忽略不计。一般可认为材料样品的比热CP与温度无关,
综上所述,在辐射热平衡条件下,样品的输入(5)式两边对时间积分,得
t2T2
和输出功率必须相等,亦即dT
t12Andt=mCpT14
44T
IV+AT2=AhT1(2)(6)
mCp11
在材料样品的吸收率等于其半球积分发射n=3-3
6A(t2-t1)T1T2
率h时,得半球发射率为
式中:T1和T2分别为开始降温时刻t1和t2时刻