隐身飞机红外辐射特征探索性研究

隐身飞机的出现使得现代战争的概念发生了深刻的变化，对抗隐身飞机成为未来空中作战的核心内容。本项目针对反隐身飞机新武器装备研发及仿真的需要，综合应用多学科领域理论与技术，对隐身飞机的红外辐射特征进行探索性研究。采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的方法，通过飞机三维图形建模、面元划分、面元辐射计算和灰度图像生成，建立隐身飞机红外辐射计算模型。在红外隐身技术作用机理分析和复杂干扰环境建模的基础上，通过隐身飞机红外面源辐射的计算和辐射特征的提取和分析，找出隐身技术、干扰环境、飞行状态对飞机红外辐射特征的影响规律，并结合实验验证和可信度评估，得到可用于作战研究和实时仿真的数字化红外隐身飞机。预期研究成果不仅可以为反隐身飞机作战的研究提供必要的理论支持和仿真模型，指导装备研制和战法制定；而且可以深化对红外隐身机理的研究，指导红外隐身效果的评价；还能为其它隐身飞行器红外辐射特征的研究提供方法借鉴。

隐身飞机的红外辐射特征是飞机隐身设计和反隐身作战的基本依据，该领域的研究对我国具有极大的重要性和紧迫性。本项目综合应用多学科领域理论与技术，全面系统地研究了隐身飞机的红外辐射特征，建立了隐身飞机红外图像的仿真模型。开展的研究工作有：.（1）隐身飞机排气系统红外辐射特征研究。.建立了飞机排气系统红外辐射的计算模型。分别用CFD法和理想湍流射流模型计算喷管-尾焰流场，通过比较提出了两种方法相结合的流场参数计算方案，并研究了在单喷管流场模型的基础上计算双喷管流场的方法。用圆台形包络面划分网格计算排气系统辐射亮度分布，采用基于SLG窄谱带模型的C-G近似法计算单一视线方向上非均匀混合气体的红外辐射透过率。.分析了排气系统的光谱特征和方位特征，以及发动机状态、飞机飞行速度、飞行高度对排气系统红外辐射的影响。研究了二元喷管、尾缘修形、冷气注入、气溶胶等红外隐身技术对排气系统红外辐射的抑制作用。.（2）隐身飞机机体红外辐射特征研究。.建立了飞机机体红外辐射的计算模型。提出了建立壁面热流密度函数作为浮动的热边界条件，通过机体外流场的数值计算得到机体表面温度分布的方法，较好地兼顾了精确性和计算效率。分析了不同波段上机体辐射的方位特征和辐射组成，以及太阳辐射、飞行速度、飞行高度对机体红外辐射的影响。研究了隐身材料、机体冷却、热隔离等红外隐身技术对机体红外辐射的抑制作用。.（3）飞机红外辐射特征试验测试。.开展了地面静态条件下的飞机排气系统红外辐射测试，并设计了一些典型的模拟试验研究二元喷管、热隔离等隐身技术对红外辐射影响。重复试验的误差达到5%以内，试验与仿真结果的误差达到15%以内，均处于国内领先水平。.（4）干扰环境下隐身飞机红外辐射图像仿真方法研究。.基于实测数据建立了天空、海洋、大地等自然背景辐射亮度的计算模型，以及红外辐射大气透过率的计算模型。建立了红外诱饵弹、拖曳式红外诱饵、伴飞式红外诱饵三种人为干扰的红外特征仿真模型。.（5）飞机红外辐射图像仿真。.借助OpenGL实现场景的形成和渲染，根据探测器的视点和视场大小生成了包含背景、诱饵干扰和隐身飞机的红外场景图像。.总结理论研究的成果建立了飞机红外模拟软件——数字化红外隐身飞机，可将其作为基础工具进一步开展红外隐身设计、红外反隐身、主动隐身策略、红外对抗模拟等面向实际应用的研究工作。