近年来,临近空间的军事应用价值受到了越来越广泛的关注。为了研究高超声速飞行器典型后台阶结构的气动光学问题,采用研究稀薄气体动力学的直接模拟蒙特卡洛算法(DSMC)研究了临近空间在不同喷流控制下的后台阶流动特性,并采用光线追踪方法研究了在不同流动控制下流场的气动光学效应。计算结果表明,随着飞行高度增加,壁面热流将增加,同时气动光效应将变弱。在四种喷流冷却方式中,喷流方式A的冷却效果最好,同时没有增加气动光学效应,B、D方式具有一定的冷却效应,但使得气动光学效应更加严重。

伴随着飞行器飞行速度的不断增加,高速光学头罩技术具有极大的应用潜力和前景.只是,高速光学头罩在大气层中飞行,受到气动光学效应的影响,成像目标会出现畸变、抖动、模糊和能量衰减,影响成像精度.通过对数十年来高速光学头罩流体力学和气动光学效应的总结和梳理,初步构建了高速光学头罩气动光学效应相似准则模型.归纳了气动光学效应抑制的主要技术路线以及目前已经开展的一些工作.最后总结和讨论了高速光学头罩气动光学效应关键技术难点及未来的发展趋势,可为今后的气动光学效应研究提供一些参考和帮助.

光学成像制导技术是精确制导武器研究的重要课题,气动光学效应的存在对制导精度产生严重的影响,使飞行器偏离目标位置,甚至脱靶。飞行器和来流之间的相互作用导致其周围流场结构非常复杂,激波、膨胀波以及湍流边界层的存在,使得流场的折射率在空间上分布不均匀,在时间上存在高频脉动。其中,边界层转捩过程引起的气动光学畸变是亟待解决的最大难题。边界层转捩过程是边界层由层流向湍流发展的过程,是一个多因素耦合影响的强非线性、复杂的流动现象,并且一直是湍流研究领域的热点问题。超声速边界层的转捩区具有非常强的非定常性、随机性,且脉动频率高,因此折射率分布极为复杂,光线透过后不仅会发生偏折,还会导致成像模糊和能量分散,严重影响成像制导的精度,通过光学校正的方法很难降低这种影响。本文试图通过延迟边界层转捩,...

适应现代战场需要,红外探测技术被不断延拓应用于军事领域,高速飞行条件下红外探测关键技术日益成为国内外的研究热点。通过归纳分析高速飞行条件下红外探测系统平台、气动光学效应防护、红外图像处理等关键技术,为红外探测技术在军事领域的推广与应用提供参考建议。

由于当前已有方法未能对气动光学效应图像进行去噪处理,导致得到的图像校正质量较差,提出一种基于矩匹配算法的气动光学效应图像校正方法,根据小波多分辨率的特性将高低频小波系数进行分离,通过移动窗口矩匹配算法和阈值法分别对图像的低频和高频部分进行滤波处理,获取去噪后的图像。通过矩匹配算法对图像进行匹配,使用相邻帧对匹配后的图像在不同场景下进行变换列估计,同时在时间域内对校正参数进行自适应更新,完成气动光学效应图像校正。实验结果表明,所提方法能够有效提升图像质量,获取更加满意的气动光学效应图像校正结果。

利用大涡模拟方法对受周期性控制的超声速混合层进行数值模拟,揭示出受控涡结构的特性;使用光线追踪方法计算光束穿越受控混合层流场产生的气动光学波前畸变。通过对受控涡结构特性的分析,提出了一种气动光学效应校正方法,并以不同控制周期下的超声速混合层为例,对设计的校正方法进行检验。结果表明对于受周期性控制的超声速混合层,按照校正方法获取的波前补偿信号能够使气动光学波前畸变的幅值降低50%以上;指出混合层流场中涡结构的规整程度是影响畸变波前校正效果的关键因素。

计算气动光学是采用数值计算的方法研究高速空气动力流场对光波传输和光学成像影响的一门交叉学科,在红外成像制导设计等工程应用中发挥着重要的作用。总结了计算气动光学研究的三种基本计算方法,包括基于CFD简化方法的光学统计估算、基于RANS流场的计算和基于LES/DNS瞬态流场的计算,对这三种计算方法的基本理论、计算过程进行了介绍,综述了新近的一些计算气动光学研究进展,最后指出了未来的研究重点和方向。

为提高气动光学效应下目标图像清晰化处理的运行效率，提出了子孔径拼接波前复原方法。分析了波面拼接下的直接波前解卷积效果，研究了波面拼接与传统泽尼克模式法在运行效率上的差异。仿真结果表明:子孔径拼接方法具有良好的波前复原能力，与泽尼克模式法相比具有更低的算法复杂度。基于子孔径波前拼接的直接波前解卷积方法可有效提高点源图像探测的斯特列尔比（Strel ratio），可应用于高超声速飞行器的红外寻的系统中，抑制气动光学相位畸变的影响，增强目标探测、识别和跟踪性能。