本發(fā)明涉及飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于尺度相似的飛行器輻射強(qiáng)度計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

目前，飛行器研制僅擁有仿真計(jì)算和真實(shí)飛行器動(dòng)態(tài)飛行測(cè)試兩種設(shè)計(jì)手段，而缺少方案設(shè)計(jì)階段所急需的縮比模型測(cè)試技術(shù)手段，導(dǎo)致飛行器的輻射特性只能通過真實(shí)飛行器的動(dòng)態(tài)飛行獲得。

國(guó)內(nèi)在飛行器輻射特性方面仍處于探索階段，在研究手段上，由于缺少驗(yàn)證，仿真軟件的計(jì)算精度也無法保證。由于動(dòng)態(tài)飛行測(cè)試難度大、花費(fèi)高、效率低，地面測(cè)試中1：1模型加工成本較高，制造周期較長(zhǎng)，所以投入較少。這使得飛行器的研制存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，一旦在飛行器研制后期的試飛驗(yàn)證階段通過動(dòng)態(tài)飛行器測(cè)試發(fā)現(xiàn)飛行器的輻射特性不能滿足指標(biāo)要求，無論從時(shí)間還是成本上，方案更改均需要付出巨大的代價(jià)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于尺度相似的飛行器輻射強(qiáng)度計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟一，建立尺寸為實(shí)際飛行器的M倍的飛行器縮比模型，即M為縮比比例，所述縮比模型的溫度邊界條件和壓力邊界條件均與實(shí)際飛行器一致；

需要說明的是，由于實(shí)際飛行器和縮比模型的輻射傳輸方程、邊界條件均相同，因此該兩者的輻射傳輸方程的解也相同，可知實(shí)際飛行器和縮比模型的對(duì)應(yīng)位置上的輻射亮度的空間分布是相同的；

步驟二，通過輻射強(qiáng)度計(jì)算公式I_λ＝H_λ·R²建立輻射強(qiáng)度的相似準(zhǔn)則公式：

輻射強(qiáng)度計(jì)算公式中λ為波長(zhǎng)，I_λ為輻射強(qiáng)度，H_λ為輻射照度，R為探測(cè)距離，相似準(zhǔn)則公式中I_λ,basic為實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度，I_λ,ratio為飛行器縮比模型的輻射強(qiáng)度；

由輻射強(qiáng)度計(jì)算公式可知，輻射強(qiáng)度I_λ與探測(cè)距離R的平方成正比，因此可知實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度與飛行器縮比模型的輻射強(qiáng)度之間存在關(guān)于尺寸比例平方的關(guān)系，即相似準(zhǔn)則公式；

需要說明的是，通過輻射強(qiáng)度計(jì)算公式可知輻射強(qiáng)度I_λ與探測(cè)距離R的平方呈正比，由此得出實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度和縮比模型的輻射強(qiáng)度之間存在一個(gè)關(guān)于尺寸比例平方的關(guān)系，即上述相似準(zhǔn)則公式；

步驟三，通過輻射強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算所述飛行器縮比模型的輻射強(qiáng)度I_λ,ratio，并將I_λ,ratio代入相似準(zhǔn)則公式中求得實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度I_λ,basic。

優(yōu)選的，步驟一中的M取值為0.5。

需要說明的是，因?yàn)轱w機(jī)的噴管處溫度高，因此噴管是試驗(yàn)的對(duì)象之一，當(dāng)本發(fā)明提供的計(jì)算方法的對(duì)象為飛機(jī)噴管時(shí)，縮比比例M具體為縮比模型的噴管直徑與實(shí)際飛行器的噴管直徑之比。

本發(fā)明提供的一種基于尺度相似的飛行器輻射強(qiáng)度計(jì)算方法，通過飛行器縮比模型來計(jì)算實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度，解決了飛行器的輻射特性地面測(cè)試所存在的條件苛刻、制造困難、成本很高等問題，通過相似準(zhǔn)測(cè)公式可快速完成方案的驗(yàn)證和迭代，大大縮短了飛行器研制周期和費(fèi)用，完善飛行器研制流程，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，為方案設(shè)計(jì)階段的飛行設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

附圖說明

圖1是輻射強(qiáng)度計(jì)算方法的流程示意圖；

圖2是試驗(yàn)件表面熱電偶分布圖；

圖3是試驗(yàn)件在不同探測(cè)角下的輻射強(qiáng)度縮放前的分布圖；

圖4是試驗(yàn)件在不同探測(cè)角下的輻射強(qiáng)度縮放后的分布圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，均僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的一種基于尺度相似的飛行器輻射強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于尺度相似的飛行器輻射強(qiáng)度計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟一，建立尺寸為實(shí)際飛行器的M倍的飛行器縮比模型，即M為縮比比例，所述縮比模型的溫度邊界條件和壓力邊界條件均與實(shí)際飛行器一致；

需要說明的是，由于實(shí)際飛行器和縮比模型的輻射傳輸方程、邊界條件均相同，因此該兩者的輻射傳輸方程的解也相同，可知實(shí)際飛行器和縮比模型的對(duì)應(yīng)位置上的輻射亮度的空間分布是相同的；

步驟二，通過輻射強(qiáng)度計(jì)算公式I_λ＝H_λ·R²建立輻射強(qiáng)度的相似準(zhǔn)則公式：

輻射強(qiáng)度計(jì)算公式中λ為波長(zhǎng)，I_λ為輻射強(qiáng)度，H_λ為輻射照度，R為探測(cè)距離，相似準(zhǔn)則公式中I_λ,basic為實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度，I_λ,ratio為飛行器縮比模型的輻射強(qiáng)度；

由輻射強(qiáng)度計(jì)算公式可知，輻射強(qiáng)度I_λ與探測(cè)距離R的平方成正比，因此可知實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度與飛行器縮比模型的輻射強(qiáng)度之間存在關(guān)于尺寸比例平方的關(guān)系，即相似準(zhǔn)則公式；

需要說明的是，通過輻射強(qiáng)度計(jì)算公式可知輻射強(qiáng)度I_λ與探測(cè)距離R的平方呈正比，由此得出實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度和縮比模型的輻射強(qiáng)度之間存在一個(gè)關(guān)于尺寸比例平方的關(guān)系，即上述相似準(zhǔn)則公式；

步驟三，通過輻射強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算所述飛行器縮比模型的輻射強(qiáng)度I_λ,ratio，并將I_λ,ratio代入相似準(zhǔn)則公式中求得實(shí)際飛行器的輻射強(qiáng)度I_λ,basic。

需要說明的是，因?yàn)轱w機(jī)的噴管處溫度高，因此噴管是試驗(yàn)對(duì)象之一，當(dāng)本發(fā)明提供的計(jì)算方法的對(duì)象為飛機(jī)噴管時(shí)，縮比比例M具體為縮比模型的噴管直徑與實(shí)際飛行器的噴管直徑之比。

下面通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

具體實(shí)施例：

通過兩個(gè)不銹鋼機(jī)翼模型作為試驗(yàn)件驗(yàn)證本發(fā)明提供的一種基于尺度相似的飛行器輻射強(qiáng)度計(jì)算方法，一個(gè)是代表實(shí)際飛行器的1000mm*800mm全尺寸試驗(yàn)件，一個(gè)是代表飛行器縮比模型的500mm*400mm試驗(yàn)件，即縮比比例M為0.5，兩個(gè)機(jī)翼試驗(yàn)件的幾何形狀完全相同，如圖2所示，試驗(yàn)件內(nèi)表面分為八個(gè)通道，即八個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都布置有用于使試驗(yàn)件達(dá)到表面設(shè)定溫度的電熱絲，試驗(yàn)件表面的一些典型位置處布置有用于測(cè)量試驗(yàn)件是否達(dá)到設(shè)定的溫度值的熱電偶。

下面表一給出了全尺寸試驗(yàn)件和縮比試驗(yàn)件的溫度、波長(zhǎng)范圍的設(shè)定值，兩個(gè)試驗(yàn)件同一區(qū)域的溫度均相同，波長(zhǎng)范圍也均相同。

表一全尺寸試驗(yàn)件和縮比試驗(yàn)件的溫度和波長(zhǎng)范圍設(shè)定表

下面表二給出了兩試驗(yàn)件各區(qū)域的熱電偶測(cè)量的實(shí)際溫度值，溫度測(cè)量是通過溫度巡檢儀和電腦來監(jiān)測(cè)這8個(gè)熱電偶反饋的溫度值，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)值后，可進(jìn)行高低溫試驗(yàn)件的輻射強(qiáng)度的測(cè)量。

表二中的試驗(yàn)件實(shí)際溫度值與表一中試驗(yàn)件設(shè)定溫度值最大誤差為0.92％，可以進(jìn)行輻射強(qiáng)度的測(cè)量，輻射強(qiáng)度的測(cè)量則是通過傅立葉光譜儀在不同角度不同探測(cè)點(diǎn)測(cè)量具有一定溫度分布的試驗(yàn)件鋁板表面的輻射光譜，對(duì)光譜進(jìn)行進(jìn)一步積分得到表面輻射強(qiáng)度值。

表二全尺寸試驗(yàn)件和縮比試驗(yàn)件實(shí)際溫度測(cè)量結(jié)果表

如圖3所示，測(cè)量縮比試驗(yàn)件在不同探測(cè)角下的輻射強(qiáng)度，可看出雖然兩個(gè)試驗(yàn)件的溫度分布和溫度值均相同，但全尺寸試驗(yàn)件的面積比縮比試驗(yàn)件的面積大，所以兩個(gè)試驗(yàn)件的輻射強(qiáng)度值不相等，但其隨探測(cè)角度的變化規(guī)律是相同的，并且基本滿足余弦定律，探測(cè)角度為探測(cè)器與試驗(yàn)件中心點(diǎn)連線與試驗(yàn)件法相的夾角。

由初始的縮比比例設(shè)定可知，M為0.5，則通過建立的輻射強(qiáng)度的相似準(zhǔn)則公式可知，全尺寸試驗(yàn)件的輻射強(qiáng)度I_λ,basic為縮比試驗(yàn)件的輻射強(qiáng)度I_λ,ratio的1/0.5²倍，即4倍。

最后將試驗(yàn)測(cè)得的飛行器縮比模型的輻射強(qiáng)度放大4倍，再與全尺寸試驗(yàn)件的輻射強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示，可看出輻射強(qiáng)度經(jīng)縮放后，兩試驗(yàn)件的輻射強(qiáng)度大致能夠重合到一起，說明相似準(zhǔn)則公式可以用于通過全尺寸試驗(yàn)件的輻射強(qiáng)度來推算出縮比試驗(yàn)件的輻射強(qiáng)度。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。