一種在常溫環(huán)境中測量固體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在常溫環(huán)境中測量低于或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法，它提出了在一定條件下固體壁面低溫長波輻射與高溫短波輻射之間的關(guān)系，使得低溫下固體壁面長波波段的積分輻射強(qiáng)度能夠與高溫度下固體壁面中波波段的積分輻射強(qiáng)度相互推算得出。應(yīng)用本測量方法對高溫或低溫固體的輻射特征進(jìn)行測量，可以將固體目標(biāo)的溫度調(diào)整到稍微高于地面常溫，這樣能夠有效地減小實(shí)驗(yàn)難度，降低實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)還能提高測量精度。
【專利說明】
-種在常溫環(huán)境中測量固體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種在常溫環(huán)境中測量低于或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)紅外特征 的模擬實(shí)驗(yàn)方法，其屬于紅外福射特征實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的領(lǐng)域都設(shè)及到紅外福射相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步 研究紅外福射對推動運(yùn)些領(lǐng)域的發(fā)展具有重要作用。在研究紅外福射時(shí)，對目標(biāo)紅外福射 特征的測量技術(shù)是一項(xiàng)很重要的研究方法。目標(biāo)的溫度不同，其在不同波段福射的能量就 不同。對低溫目標(biāo)而言，其長波波段(祉m~14皿)的福射能量較強(qiáng)，對其福射特征的研究主 要集中在長波波段;對高溫目標(biāo)而言，其中波波段(3μπι~扣m)的福射能量較強(qiáng)，對其福射特 征的研究主要集中在中波波段。若低溫目標(biāo)的溫度低于環(huán)境溫度，環(huán)境福射高于目標(biāo)福射， 則無法測量目標(biāo)福射強(qiáng)度。若高溫目標(biāo)的溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)很難將模型 加熱到目標(biāo)溫度，實(shí)驗(yàn)難度提高，實(shí)驗(yàn)成本增加。W測量高空中飛行的飛機(jī)的紅外福射特征 為例，高空飛行的飛機(jī)蒙皮表面溫度為240K~290K，遠(yuǎn)低于地面環(huán)境溫度，而飛機(jī)噴管固體 壁面溫度為1200K~800K，遠(yuǎn)高于地面環(huán)境溫度。在飛機(jī)的設(shè)計(jì)階段通常需要對其在高空飛 行時(shí)的紅外特征和擬采用的紅外隱身方案進(jìn)行評估，而此時(shí)在地面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲取飛機(jī)在高 空飛行時(shí)的紅外福射特征就十分必要。
[0003] 在地面模擬遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度的飛機(jī)蒙皮溫度和遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的飛機(jī)噴管固體 壁面溫度無疑會增大實(shí)驗(yàn)難度，增加實(shí)驗(yàn)成本。即使能在地面環(huán)境溫度下模擬飛機(jī)蒙皮溫 度和飛機(jī)噴管溫度，但由于蒙皮溫度低于環(huán)境溫度，其紅外福射特征很弱，在地面常溫環(huán)境 測量時(shí)，由于背景福射的干擾，無法測量目標(biāo)的福射特征。為了解決W上問題，需要發(fā)展在 地面環(huán)境測量低溫或高溫固體目標(biāo)紅外福射特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法。目前，在公開發(fā)表的文 獻(xiàn)中尚未出現(xiàn)相關(guān)的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種能夠簡單、準(zhǔn)確的在常溫環(huán)境中測量低于或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的固 體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法。
[0005] 因?yàn)闇囟茸兓瘜腆w目標(biāo)的尺寸和表面發(fā)射率的變化影響很小，即地面常溫環(huán)境 下的固體目標(biāo)的尺寸與高溫或低溫下的固體目標(biāo)的尺寸基本相同，且具有相同的表面發(fā)射 率。因而本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種在常溫環(huán)境中測量固體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn) 方法，適用于溫度低于或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)紅外特征的測量;具體步驟如下：
[0006] 步驟一，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y量固體目標(biāo)在λι~λ2(長波波段或中波波段)波段內(nèi)的紅 外積分福射強(qiáng)度，固體目標(biāo)的溫度分布范圍為Τι~Τ2,所述溫度分布范圍低于或遠(yuǎn)高于環(huán)境 溫度；
[0007] 步驟二，依照固體目標(biāo)的尺寸和材質(zhì)加工出相同尺寸和材質(zhì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，確保實(shí) 驗(yàn)件與真實(shí)目標(biāo)具有完全相同的形狀尺寸和表面發(fā)射率；
[0008] 步驟Ξ，設(shè)計(jì)加熱方案，在常溫環(huán)境加熱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使其表面溫度分布與目標(biāo)的溫 度分布完全相似，即實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍程幍臏囟仁枪腆w目標(biāo)相同位置處溫度的η倍，對溫度低于環(huán) 境溫度的固體目標(biāo)即低溫目標(biāo)η〉1，對溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)即高溫目標(biāo)η<1，η的 取值使模型表面的溫度高于環(huán)境溫度；
[0009] 步驟四，對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮讦甩?η~λ2/η波段內(nèi)的紅外福射特征進(jìn)行測量，即測得實(shí)驗(yàn)?zāi)?型在ηΤι~ηΤ2溫度范圍內(nèi)的紅外積分福射強(qiáng)度為Α，Γι-,,Γ,.ν,,-ν?，對低溫目標(biāo)而言，n〉l的取值 使得低溫目標(biāo)長波波段λι~λ2的范圍縮小為λι/η~λ2/η，對高溫目標(biāo)而言，n<l的取值使得 高溫目標(biāo)中波波段λι~λ2的范圍擴(kuò)大至?μι/η~λ2/η;
[0010] 步驟五，根據(jù)步驟四中在常溫環(huán)境下現(xiàn)慢得到的在ηΤι~此溫度范圍、λι/η~λ2/η波 段范圍內(nèi)的積分福射強(qiáng)度/,,^-,。-:^，,^,,推算出低于環(huán)境溫度或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度下固體目標(biāo)的 紅外積分福射強(qiáng)度V;; ，所述ν,.-ν。和Vr;,.),-,;存在如下關(guān)系心。
[0011] 進(jìn)一步的，所述低于地面常溫的固體目標(biāo)指飛機(jī)蒙皮。
[0012] 進(jìn)一步的，所述遠(yuǎn)高于地面常溫的固體目標(biāo)指飛機(jī)噴管固體壁面。
[0013] 進(jìn)一步的，步驟Ξ所述設(shè)計(jì)加熱方案，在常溫環(huán)境加熱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停蛊浔砻鏈囟确?布與目標(biāo)的溫度分布完全相似，其中，加熱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?，?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏囟缺拳h(huán)境溫度高50°C ~30(TC。
[0014] 本發(fā)明提供了一種在常溫環(huán)境中測量低于或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)紅外特 征的模擬實(shí)驗(yàn)方法，該方法具有如下有益效果：
[0015] 實(shí)驗(yàn)?zāi)康男枰獪y量固體目標(biāo)在低于或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度狀態(tài)下λι~λ2波段內(nèi)的紅外 積分福射強(qiáng)度為_^,1一,，采用本方法只需在地面常溫環(huán)境下，測量溫度分布為ηΤι~ηΤ2的固 體目標(biāo)在λι/η~λ2/η波段內(nèi)的紅外積分福射強(qiáng)度。
[0016] (1)使用本方法測量低于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)紅外福射特征時(shí)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谋?面溫度加熱至高于環(huán)境溫度，通過測量高于環(huán)境溫度的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图t外福射特征推算出低于 環(huán)境溫度的固體目標(biāo)的紅外福射特征，使得在地面環(huán)境測量低于環(huán)境溫度固體目標(biāo)紅外福 射特征成為可能。
[0017] (2)使用本方法測量遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)紅外福射特征時(shí)，不需要將目標(biāo) 加熱到實(shí)際溫度，能夠大大的降低實(shí)驗(yàn)難度，減小實(shí)驗(yàn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面W某飛機(jī)機(jī)翼部件為例，闡述本發(fā)明在常溫環(huán)境中測量低于環(huán)境溫度的固體 目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法的內(nèi)容。
[0019] -、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)慢內(nèi)容
[0020]實(shí)驗(yàn)需測量某飛機(jī)在高空中飛行時(shí)其機(jī)翼部件在10WI1~14WI1波段內(nèi)的紅外積分 福射強(qiáng)度。該機(jī)翼部件在高空中飛行時(shí)其溫度分布為240K~280K，該溫度低于地面環(huán)境溫 度，在地面常溫環(huán)境下模擬測量難度很大。
[00別]二、模型設(shè)計(jì)
[0022]根據(jù)實(shí)際機(jī)翼部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男螤畛叽缗c實(shí)際機(jī)翼部件完全 相同。根據(jù)表面發(fā)射率相同的原則，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇與實(shí)際機(jī)翼部件相同的材質(zhì)。
[0023] Ξ、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻鏈囟瓤刂?br>[0024] 根據(jù)實(shí)際機(jī)翼部件的溫度分布W及測量波段的選擇，加熱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻鏈囟戎?300Κ~350Κ，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏囟扰c實(shí)際機(jī)翼表面溫度分布相似，即相同位置處模型實(shí)驗(yàn)件的 溫度是飛機(jī)機(jī)翼表面相同位置處溫度的1.25倍。
[0025] 四、地面模型實(shí)驗(yàn)件福射特征測量
[0026] 對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募t外積分福射強(qiáng)度進(jìn)行測量，測量實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谠?WI1~11.2WI1波段 內(nèi)法向的積分福射強(qiáng)度為81W/sr。由低溫或高溫下固體目標(biāo)的紅外積分福射強(qiáng)度與地面常 溫環(huán)境下固體目標(biāo)的紅外積分福射強(qiáng)度之間的關(guān)系可推算出高空低溫狀態(tài)下飛機(jī)機(jī)翼部 件在ΙΟμπι~14WI1波段內(nèi)的積分福射強(qiáng)度為33W/sr。
[0027] 上面對本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可W在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種 變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在常溫環(huán)境中測量固體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法，適用于溫度低于或遠(yuǎn)高 于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)紅外特征的測量;其特征在于，具體步驟如下： 步驟一，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y量固體目標(biāo)在人:~、波段內(nèi)的紅外積分輻射強(qiáng)度，固體目標(biāo) 的溫度分布范圍為Ti-Ts，所述溫度分布范圍低于或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度； 步驟二，依照固體目標(biāo)的尺寸和材質(zhì)加工出相同尺寸和材質(zhì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，確保實(shí)驗(yàn)件 與真實(shí)目標(biāo)具有完全相同的形狀尺寸和表面發(fā)射率； 步驟三，設(shè)計(jì)加熱方案，在常溫環(huán)境加熱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使其表面溫度分布與目標(biāo)的溫度分 布完全相似，即實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍程幍臏囟仁枪腆w目標(biāo)相同位置處溫度的η倍，對溫度低于環(huán)境溫 度的固體目標(biāo)即低溫目標(biāo)η>1，對溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的固體目標(biāo)即高溫目標(biāo)η〈1，η的取值 使模型表面的溫度高于環(huán)境溫度； 步驟四，對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谛?!!~、/!!波段內(nèi)的紅外輻射特征進(jìn)行測量，即測得實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮?ηΤι~ηΤ2溫度范圍內(nèi)的紅外積分輻射強(qiáng)度為?，對低溫目標(biāo)而言，η>1的取值使得 低溫目標(biāo)長波波段的范圍縮小為Ai/n-h/n，對高溫目標(biāo)而言， n〈l的取值使得高溫 目標(biāo)中波波段入:~入；^的范圍擴(kuò)大至IjAVn~λ2/η; 步驟五，根據(jù)步驟四中在常溫環(huán)境下測量得到的在nTi-nTs溫度范圍、h/n-h/n波段范圍 內(nèi)的積分輻射強(qiáng)度人推算出低于環(huán)境溫度或遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度下固體目標(biāo)的紅外積分 福射強(qiáng)度VtA-，所述和，存在如下關(guān)系2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在常溫環(huán)境中測量固體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法， 其特征在于，所述低于地面常溫的固體目標(biāo)指飛機(jī)蒙皮。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在常溫環(huán)境中測量固體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法， 其特征在于，所述遠(yuǎn)高于地面常溫的固體目標(biāo)指飛機(jī)噴管固體壁面。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在常溫環(huán)境中測量固體目標(biāo)紅外特征的模擬實(shí)驗(yàn)方法， 其特征在于，步驟三所述設(shè)計(jì)加熱方案，在常溫環(huán)境加熱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使其表面溫度分布與目 標(biāo)的溫度分布完全相似，其中，加熱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?，?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏囟缺拳h(huán)境溫度高50°C~300 Γ。
【文檔編號】G01J5/00GK106066340SQ201610348795
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月24日 公開號201610348795.4, CN 106066340 A, CN 106066340A, CN 201610348795, CN-A-106066340, CN106066340 A, CN106066340A, CN201610348795, CN201610348795.4
【發(fā)明人】吉洪湖, 劉健, 王浩, 葉志峰, 劉桐
【申請人】南京航空航天大學(xué)