留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

固体火箭发动机喷焰复燃及其对红外辐射的影响

李霞 刘建国 王俊 刘兴润

李霞, 刘建国, 王俊, 刘兴润. 固体火箭发动机喷焰复燃及其对红外辐射的影响[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(9): 904003-0904003(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0904003
引用本文: 李霞, 刘建国, 王俊, 刘兴润. 固体火箭发动机喷焰复燃及其对红外辐射的影响[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(9): 904003-0904003(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0904003
Li Xia, Liu Jianguo, Wang Jun, Liu Xingrun. Afterburning and infrared radiation effects of exhaust plumes for solid rocket motors[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(9): 904003-0904003(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0904003
Citation: Li Xia, Liu Jianguo, Wang Jun, Liu Xingrun. Afterburning and infrared radiation effects of exhaust plumes for solid rocket motors[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(9): 904003-0904003(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0904003

固体火箭发动机喷焰复燃及其对红外辐射的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.0904003
详细信息
    作者简介:

    李霞(1978-),女,高级工程师,博士生,主要从事光学建模方面的研究。Email:lixia207@sina.com

  • 中图分类号: TN215

Afterburning and infrared radiation effects of exhaust plumes for solid rocket motors

  • 摘要: 火箭发动机喷焰涉及复杂的流动、复燃和辐射效应,并对喷焰辐射的光学探测跟踪有着重要的影响。以固体火箭发动机为研究对象,建立喷焰化学反应复燃数值模拟方法和视线光辐射传输数值计算方法,对不同飞行条件下的喷焰流动、辐射特性进行计算分析,重点考察复燃效应对不同高度喷焰辐射特性的影响。研究结果表明:复燃效应引起喷焰温升可达到1 000 K,并使得喷焰谱带辐射强度有10倍以上的增强;对于不同谱带辐射强度会随高度先升后降,最大的高度在20~30 km,短波2.7 m波段有约17倍的辐射增强,中波4.3 m波段约有16倍增强,可见复燃引起辐射增强作用H2O分子的贡献大于CO2分子的贡献。研究结果可为进一步的理论研究和工程应用提供参考。
  • [1] Hong J S, Levin D A, Collins R J, et al. Comparison of Atlas ground based plume imagery with chemically reacting flow solutions[R]. AIAA-1997-2537, 1997.
    [2] Wang Zhong, Wang Hong, Sun Mei. Infrared radiation and anti-infrared technology of the solid propellants rocket[J]. Laser Infrared, 2003, 33(5):323-324. (in Chinese)王中, 王宏, 孙美. 固体火箭发动机红外辐射及抑制技术[J]. 激光与红外, 2003, 33(5):323-324.
    [3] Rao R M, Sinha K, Candler G V, et al. Numerical simulations of Atlas Ⅱ rocket motor plumes[R]. AIAA-99-31103, 1999.
    [4] Candler G V, Rao R M, Sinha K, et al. Numerical simulations of Atlas-Ⅱ rocket motor plumes[R]. AIAA-01-16256, 2001.
    [5] Fu D, Yu Y, Niu Q. Simulation of under expanded supersonic jet flows with chemical reactions[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2014, 27(3):505-513.
    [6] Yang Yuwen, Deng Kangqing, Yu Xiaobo, et al. Numerical simulation and experimental investigation on plume afterburning of low-pressure solid rocket motor with highly aluminized propellant[J]. Journal of Propulsion Technology,2017, 38(3):680-685. (in Chinese)杨育文, 邓康清, 余小波, 等. 高含铝推进剂低压固体火箭发动机尾流场复燃数值模拟与实验研究[J]. 推进技术,2017, 38(3):680-685.
    [7] Li Jun, Li Zhigang, Cao Congyong, et al. The numerical simulation of rocket gas efflux field with multispecies and chemical reaction[J]. Journal of Astronautics, 1998, 19(2):48-54. (in Chinese)李军, 李志刚, 曹从咏, 等. 多组份含化学反应火箭燃气射流流场的数值模拟[J]. 宇航学报, 1998, 19(2):48-54.
    [8] Zhan Guang, Li Chunxuan. Numerical computations of infrared signatures in exhaust flow fields of jet engines[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2005, 31(8):829-833. (in Chinese)詹光, 李椿萱. 发动机燃气喷流红外辐射场的数值模拟[J]. 北京航空航天大学学报, 2005, 31(8):829-833.
    [9] Li Jianxun, Tong Zhongxiang, Liu Wanjun, et al. Infrared radiation characteristic experiment and simulation of aero engine[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(3):550-553. (in Chinese)李建勋, 童中翔, 刘万俊, 等. 航空发动机红外辐射实验与仿真[J].红外与激光工程, 2013, 42(3):550-553.
    [10] Leone D M, Turns S R. Active Chlorine and nitric oxide formation from chemical rocket plume afterburning[R]. AIAA 94-0788,1994.
    [11] Liu Zunyang, Shao Li, Wang Yafu, et al. Influence on afterburning on infrared radiation of solid rocket exhaust Plume[J]. Acta Optica Sinaca, 2013, 33(6):0604001. (in Chinese)刘尊洋, 邵立, 汪亚夫, 等. 复燃对固体火箭尾焰红外辐射特性的影响[J]. 光学学报, 2013, 33(6):0604001.
    [12] Ruan Liming, Qi Hong, Wang Shenggang, et al. Numerical simulation of the infrared characteristic of missile exhaust plume[J]. Infrared and Laser Engineering, 2008, 37(6):959-962. (in Chinese)阮立明, 齐宏, 王圣刚, 等. 导弹尾喷焰目标红外特性的数值仿真[J]. 红外与激光工程, 2008, 37(6):959-962.
    [13] Dong Shikui, Shuai Yong, Tan Heping, et al. Computation of radiative heat transfer in participating media using Backward Monte Carlo method[J]. Journal of Harbin Institute of Technolog, 2004, 36(12):1602-1604. (in Chinese)董士奎, 帅永, 谈和平, 等. 反向蒙特卡罗法模拟参与性介质中热辐射传递[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2004, 36(12):1602-1604.
    [14] Shuai Yong, Dong Shikui, Liu Linhua. Simulation of infrared radiation characteristics of high temperature free stream flow including particles by using backward Monte-Carlo method[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2005, 24(2):100-104. (in Chinese)帅永, 董士奎, 刘林华. 高温含粒子自由流红外辐射特性的反向蒙特卡洛方法模拟[J]. 红外与毫米波学报, 2005, 24(2):100-104.
    [15] Tan Heping, Xia Xinlin, Liu Linhua, et al. Numerical Computation of Infrared Radiation Characteristics and Transmission:Computational Radiation[M]. Harbin:Harbin Institute of Technology Press, 2006:147. (in Chinese)谈和平, 夏新林, 刘林华, 等. 红外辐射特性与传输的数值计算:计算辐射学[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2006:147.
  • [1] 吕蓉, 牛青林, 王晓冰.  攻角对临近空间飞行器侧喷射流红外辐射特性影响数值模拟 . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230176-1-20230176-11. doi: 10.3788/IRLA20230176
    [2] 高铁锁, 江涛, 丁明松, 刘庆宗, 傅杨奥骁, 许勇, 李鹏, 董维中.  再入体碳基防热材料烧蚀流场红外辐射模拟 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220606-1-20220606-11. doi: 10.3788/IRLA20220606
    [3] 吕蓉, 牛青林, 董士奎.  类B-2型飞行器红外辐射特性数值模拟 . 红外与激光工程, 2023, 52(7): 20220810-1-20220810-11. doi: 10.3788/IRLA20220810
    [4] 肖智茹, 牛青林, 王振华, 董士奎.  来流导致的火箭发动机喷焰红外辐射强度不确定度量化分析 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220621-1-20220621-10. doi: 10.3788/IRLA20220621
    [5] 傅杨奥骁, 江涛, 刘庆宗, 丁明松, 李鹏, 董维中, 高铁锁, 许勇.  高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟 . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20220023-1-20220023-10. doi: 10.3788/IRLA20220023
    [6] 包醒东, 余西龙, 毛宏霞, 王振华, 董雁冰.  基于理论解析方法的高真空羽流流动及红外辐射研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0104003-0104003(8). doi: 10.3788/IRLA202049.0104003
    [7] 包醒东, 余西龙, 吴杰, 毛宏霞, 王振华, 肖志河.  稀薄环境下高空羽流流动与超窄谱红外辐射特性数值研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S1): 20200159-20200159. doi: 10.3788/IRLA20200159
    [8] 牛青林, 杨霄, 陈彪, 贺志宏, 刘连伟, 董士奎.  高速滑翔目标点源红外辐射特征模拟及可探测性分析 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1104001-1104001(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1104001
    [9] 王丁, 吉洪湖.  波瓣混合器排气系统红外特性的模型实验和数值分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 104003-0104003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0104003
    [10] 高铁锁, 江涛, 丁明松, 董维中, 刘庆宗.  高超声速拦截弹绕流红外辐射特性数值模拟 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1204001-1204001(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1204001
    [11] 童奇, 李建勋, 童中翔, 徐安, 贾林通, 张志波, 李慎波, 崔超群.  机载红外诱饵作战使用方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 419-427.
    [12] 黄伟, 吉洪湖.  蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究(一):方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1699-1703.
    [13] 孙美, 许毅, 陈艳虹, 昂秦, 李燕.  被动式FTIR光谱测试固体推进剂羽流红外辐射特性 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 17-22.
    [14] 黄伟, 吉洪湖.  BMC 法计算航空发动机红外辐射的效率研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2334-2338.
    [15] 王杏涛, 张靖周, 单勇.  飞行器8~14μm波段红外特征的数值研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 6-12.
    [16] 彭志勇, 王向军, 卢进.  窗口热辐射下基于视觉显著性的红外目标检测方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1772-1776.
    [17] 刘小雨, 江勇, 李卒, 陈世国, 莫冬腊.  某型涡扇发动机红外抑制方案数值研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2482-2488.
    [18] 刘连伟, 杨淼淼, 许振领, 樊宏杰, 王敏.  末敏子弹非稳态红外辐射特性数值仿真分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 857-862.
    [19] 成志铎, 李明博, 李健, 常晓权, 刘君.  目标与背景的红外辐射特性仿真方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2336-2340.
    [20] 李建勋, 童中翔, 刘万俊, 王超哲, 张志波, 禚真福.  航空发动机红外辐射实验与仿真 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 549-555.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  579
  • HTML全文浏览量:  122
  • PDF下载量:  71
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-18
  • 修回日期:  2018-05-12
  • 刊出日期:  2018-09-25

固体火箭发动机喷焰复燃及其对红外辐射的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.0904003
    作者简介:

    李霞(1978-),女,高级工程师,博士生,主要从事光学建模方面的研究。Email:lixia207@sina.com

  • 中图分类号: TN215

摘要: 火箭发动机喷焰涉及复杂的流动、复燃和辐射效应,并对喷焰辐射的光学探测跟踪有着重要的影响。以固体火箭发动机为研究对象,建立喷焰化学反应复燃数值模拟方法和视线光辐射传输数值计算方法,对不同飞行条件下的喷焰流动、辐射特性进行计算分析,重点考察复燃效应对不同高度喷焰辐射特性的影响。研究结果表明:复燃效应引起喷焰温升可达到1 000 K,并使得喷焰谱带辐射强度有10倍以上的增强;对于不同谱带辐射强度会随高度先升后降,最大的高度在20~30 km,短波2.7 m波段有约17倍的辐射增强,中波4.3 m波段约有16倍增强,可见复燃引起辐射增强作用H2O分子的贡献大于CO2分子的贡献。研究结果可为进一步的理论研究和工程应用提供参考。

English Abstract

参考文献 (15)

目录

    /

    返回文章
    返回