复燃对固体火箭尾焰红外辐射特性增强效应研究

"该研究探讨了复燃对固体火箭尾焰红外辐射特性的影响，通过建立一个结合Fluent软件计算流场、窄带模型和米氏散射理论计算辐射参数、有限体积法求解辐射传输方程的模型。结果显示，复燃使无粒子尾焰在2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm波段的辐射强度分别增加了46.4%和58.4%，而含Al2O3粒子尾焰的辐射强度增加较小，分别为7.7%和8.4%。这种差异可能源于复燃导致的两种尾焰温度变化的不同。" 本文深入分析了固体火箭发动机在复燃过程中对其尾焰红外辐射特性的影响，这对于理解火箭推进系统的热力学行为、预测飞行轨迹以及改进火箭设计具有重要意义。复燃，即熄灭后的火焰再次点燃，会改变尾焰的流场结构和温度分布，从而影响其红外辐射特性。 首先，研究采用先进的计算流体动力学工具Fluent来模拟固体火箭尾焰的复燃流场，这是理解尾焰动态行为的基础。Fluent软件能够准确捕捉流场中的复杂流动现象，如湍流、化学反应和热量传递，为后续的辐射特性分析提供可靠的流场数据。 其次，研究使用了窄带模型和米氏散射理论，分别计算气体分子和Al2O3粒子的辐射参数。窄带模型简化了复杂的辐射过程，适用于近似计算特定波段的辐射特性，而米氏散射理论考虑了颗粒与光的相互作用，尤其在含有粒子的尾焰中至关重要。 然后，通过有限体积法求解辐射传输方程，这是解决多维度辐射问题的常用方法，能有效地描述尾焰中能量的传播和吸收。这种方法使得研究能够全面分析复燃前后尾焰的光谱辐射强度变化，揭示了复燃如何影响不同波段的辐射特性。 实验结果表明，复燃对无粒子尾焰的辐射增强显著，尤其是在2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm这两个主要红外辐射波段。这两个波段的辐射强度增加可能与火箭燃烧产物中特定分子的振动和旋转跃迁有关，它们的增强意味着更高的能量释放和更强烈的红外信号。 相比之下，含有Al2O3粒子的尾焰在复燃后辐射强度的增加相对较小。这可能是由于Al2O3粒子的存在改变了尾焰的热结构，使得热量的吸收和重新辐射过程更加复杂。Al2O3作为高效的散射和吸收粒子，可能部分抵消了复燃带来的温度升高对辐射强度的直接影响。 最后，研究初步认为复燃导致的两种尾焰温度差异是辐射增幅不同的主要原因。无粒子尾焰可能更容易受到复燃过程中的温度快速提升影响，而含粒子尾焰的热特性可能更加复杂，使得辐射强度的增加不如无粒子尾焰明显。 这项工作为固体火箭的热管理、红外隐身技术和尾焰控制提供了重要的理论依据，也为未来火箭推进系统的设计优化提供了新的思路。通过深入研究复燃对尾焰辐射特性的具体影响，工程师们可以更好地控制和利用这些现象，以提高火箭性能并降低被探测的风险。