飞行器降低表面发射率的设计方法

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1、论文编号：2011-41-085一种飞行器表面红外隐身发射率分布的设计方法任科谢锦睿沈君彦（成都飞机设计研究所,成都610041）摘要：以典型三代战斗机F-16为例，利用自开发的机体表面红外计算软件，分析了F-16前向扇区红外辐射特征和各个部件的红外辐射效率，在设计探测概率模型的基础上提出了各个部件抑制效率的概念，并将其作为红外抑制控制参数。利用该控制参数设计了F-16的低发射率分布方案，经过计算分析，并与原始状态比对证明，该分布方案对前向扇区的抑制效果良好，同时也表明本文提出的抑制效率控制参数

2、能较好的指导发射率方案设计和优化。关键词：机体表面；发射率设计；抑制效率随着各种先进红外探测设备和新一代红外制导导弹的大量服役，作战飞行器将面临越来越严峻的红外威胁，飞行器红外隐身要求向全方位、全波段发展，这就需要在排气系统后向红外隐身技术的基础上，拓展包括机体表面在内的全向、全波段的红外隐身技术研究。目前飞行器红外隐身大部分是针对排气系统开展的研究较为系统和全面，而针对机体表面开展的研究集中于低红外发射率材料的研制方面，对于机体表面发射率分布设计（既红外隐身材料如何在机体表面进行运用）相对关注

3、较少。本文通过建模计算和分析、比对，寻求有效的控制参数，对不同表面区域的红外抑制需求进行逐一量化，以此指导发射率分布方案的设计和优化。由于飞行器的红外特征是由其构型布局，探测方位以及飞行条件等多种因素共同决定，本文仅以F-16战斗机前向扇区（姿态角-20°～20°，航向角0°～45°）8～14um波段为例，进行分析、说明发射率分布的设计方法。同时，为了便于红外隐身设计，将F-16的计算模型机体表面分为16个表面区域，并进行了适度的简化和调整，如：将F-16原本的一体化座舱盖改为风挡+舱盖的一般模

4、式。1原始状态分析1.1机体表面的温度场温度是红外辐射重要的决定因素，本文首先计算了F-16在11km飞行高度，马赫数0.85和1.5下的机体表面温度场。计算结果显示：马赫数对机体表面的温度影响很大，马赫数761.5相比0.85高出55K左右；两种马赫数下温度分布规律趋于一致，在机翼前缘、雷达罩、前风挡等驻点位置较其它位置温度略高10K，但总体分布较为均匀。图1F-1611公里1.5马赫数下的机体表面温度分布1.2红外辐射特性基于以上两个温度场，计算得到了F-16的红外辐射强度特征为：马赫数对红

5、外辐射强度具有极其重要的影响，当其由0.85提高到1.5时，辐射强度由65W/Sr～415W/Sr增加到193/Sr～1252W/Sr，各探测角的辐射强度普遍增长超过两倍；如表1所示，在前向扇区，航向角大于5°之后，辐射强度的大小与姿态角与航向角接近线性关系；相对航向角，姿态角的变化对辐射强度的影响更为明显。表11.5马赫数下的F-16的红外辐射强度（W/Sr）姿态角-20°-15°-10°-5°0°5°10°15°20°航向角0°9046914813001932934726878835°895

6、69549532022532149268687210°92172854438530138153971689015°96077560746839145859075191920°100782467156049153664577993625°104788273664059062170282596830°1098940806724678699761865101135°11491001884814768780828918105640°11981060956890853859884977109845°125

7、2112310209639369349571039115577分析F-16红外辐射的主要贡献源，为便于讨论，本文将机体表面分为若干部件，如图2所示，前向扇区的主要红外辐射源为雷达罩、座舱、前机身、翼面前橼以及进气道前段等部件，特别是前向探测时以上部件的贡献分别为83.0%（M0.85）和84.1%（M1.5））；部件的贡献比例对探测角度非常敏感，特别是姿态角，当探测角度偏至姿态角-20°，方向角45°时，以上部件的贡献降低至44%左右；相对而言，前机身和翼面前缘是较为稳定的辐射源，其贡献比例降低

8、的速度较缓。11.8%15.9%其它4.3%进气道前部19.3%翼面前掾前机身雷达罩26.8%座舱22.0%5.4%2.9%其它进气道前部23.6%翼面前掾前机身55.8%雷达罩座舱10.1%2.3%图21.5马赫不同角度探测时部件贡献的比例正前向（上）和侧上方（下）2低发射率材料分布及优化2.1辐射效率显而易见，对红外辐射热点采用抑制措施是低发射率材料分布（以下简称发射率分布）γ方案应该遵从的设计原则，本文利用机体表面红外辐射效率i（以下简称辐射效率）来判定部件是否属于辐射热点，其定义为EiE