军用特种车辆是战场上敌方攻击的重点目标。近年来, 随着红外成像侦察和红外制导技术的迅速发展, 以此为基础的红外侦察和制导武器在发现、识别和跟踪目标上的能力越来越强, 并具有全天候的工作能力, 因此军用特种车辆遭受的暴露风险和打击威胁也越来越严重[1]。
为了降低特种车辆面临的危险, 提高其战场生存能力, 各国军方针对特种车辆的不同部位相继研究开发出了如添加低发射率隐身涂料、热抑制等多种红外隐身措施, 实现了对特种车辆红外辐射特性的改善[2]。特种车辆红外隐身技术的研究基础便是目标的红外辐射特性, 而后者的研究又是建立在目标温度场的基础上[3]。因此了解车辆的温度场和车辆红外辐射特性的发展情况, 对相关研究的开展有着重要的意义[4]。
一、国外研究现状
总体而言, 世界各国主要通过理论建模分析、半实物仿真和外场试验测试三种途径来获得目标的红外辐射特征。在目标红外辐射特征研究方面, 美国一直处于世界领先水平。美国密歇根大学研制了以PRISM为代表的坦克红外热图计算软件[5], 在此基础上, 美国坦克及摩托化司令部进一步研制了TTIM软件[6]。为了计算大气辐射传输对目标红外辐射特性的影响, 美国开发了LOWTRAN系列计算大气辐射传输的软件[7]。此外, 美国对水面舰艇和飞机尾焰的红外辐射特征也做了相应的研究[8,9]。俄罗斯以大量外场测试实验数据为基础, 建立的坦克红外热像模型也达到了世界一流水平和工程实用阶段[10]。英国研发的阵列式热成像系统的仿真与模拟模型 (SMARTI) , 能生成3~5µm、8~14µm波段的场景图像[11]。法国开发的红外图像仿真平台, 可适用于多种类型的飞机研究[12]。印度在研究飞机红外辐射特征过程中对红外制导导弹的敏感性进行了分析, 并探讨了飞机红外辐射特征的影响因素[13]。比利时采用了一种新型分层网格划分方法, 对舰艇的红外辐射特征进行了建模分析, 在不影响计算结果精度的情况下缩短了计算时间[14]。
红外隐身技术是在目标红外辐射特征的研究基础上, 通过改变或降低目标的红外辐射特征, 来减小目标被红外探测器发现的概率。具体的隐身措施有:在目标表面涂加红外隐身材料, 对目标进行红外伪装和遮蔽, 改进目标热结构设计等。红外隐身技术的研究最早出现在20世纪50年代末, 美国通过在U-2飞机排气系统后部采用挡板来改变红外辐射方向, 被认为是红外隐身技术的雏形。其后各国陆续开展了大量关于红外隐身技术的研究, 并在70年代末到80年代中期达到了第一个红外隐身技术的研究高潮。对于军用特种车辆, 为了提高红外制导武器打击下的战场生存能力, 主要使用有三种红外隐身措施, 分别为抑制发动机等高温部件红外辐射、抑制发动机排气口温度和使用反红外涂料。
二、国内研究现状
目前国内关于军用特种车辆红外辐射特性研究, 已取得了一定的进展, 主要集中在坦克和装甲车辆方面。南京理工大学的韩玉阁、宣益民等人在装甲车辆和坦克的红外辐射特性和红外隐身等方面做了大量的研究工作:韩玉阁、宣益民、刘俊才、李强等先后以坦克为研究对象, 对坦克的三维瞬态温度场计算模型、辐射通量计算模型以及坦克车辆红外特性的外场试验做了大量的研究, 为坦克车辆理论模型的校验和红外辐射特性的研究提供了试验数据;韩玉阁、刘荣辉等利用蒙特卡洛方法获得了能够满足红外仿真需求的复杂地表红外模拟热像[15];在车辆红外隐身方面, 韩玉阁、宣益民、任登凤等分别对涉及车辆红外隐身的效果评估和隐身膜层做了研究分析[16,17]。此外, 韩玉阁、宣益民还著有《地面目标与背景的红外特征》一书[18]。罗来科在综合考虑水陆坦克红外特征影响因素的基础上, 建立了水陆坦克温度场和红外辐射场的三维瞬态仿真模型。毕小平, 黄小辉等, 通过实际测量试验确定了坦克动力舱内的主要热源部件和高温部位[19]。刘荣华, 张宁等通过利用ANSYS软件着重对坦克负重轮和履带的温度场进行了研究, 并建立了相应部位的温度场模型。牛春洋以导弹运输车为对象, 对特种车辆红外辐射特性仿真进行了分析并自主搭建了两种发射率测量实验平台[20]。
目前就民用轿车温度场而言, 国内主要集中在车辆的乘员舱和轮胎部位。如华南理工大学的兰凤崇、黄佳楠等通过对自然暴露下车辆内、外热环境的测试分析, 对汽车座椅的温度场变化进行了研究[21]。陈吉清、李丽芬等基于热平衡方程, 对汽车仪表盘的热负荷进行了数值模拟和试验研究。张文灿、陈吉清等在考虑太阳辐射情况下, 对影响车辆乘员舱温度场的不同车窗玻璃特性进行了讨论[22]。李丽芬以自然暴露下的车辆试验数据为基础对车辆乘员舱内外部件的热负荷规律进行了分析[23]。
华南理工大学的熊春明、臧孟炎等人针对轮胎运动过程中的生热问题, 建立了全钢子午线轮胎的温度场有限元模型[24]。江苏大学的孙砚田、王国林等人以轿车子午线轮胎为对象, 提出了一种新的轮胎温度场建模方法[25]。目前, 汽车工程专业针对车辆温度场还在的不断深入研究, 这是因为车辆乘员舱的热舒适性与提升消费者使用体验和降低汽车能耗密切相关。而车辆轮胎部位的温度场研究对预防爆胎, 提升车辆行驶安全性等方面有着极为重要的指导意义。
三、结束语
总体而言, 各国均在车辆温度场及红外辐射特性方面做了大量的研究, 但国内的研究要晚于国外。相比于国外, 我国在目标红外辐射特性研究方面起步较晚, 直到“七五”期间才开始逐步开展军事目标红外辐射特性和传输特性工作的研究。因此, 我国在车辆温度场以及车辆红外辐射特性上的研究还有很长的路要走。
摘要：近年来, 随着红外侦察和制导武器在发现、识别和跟踪目标上的能力越来越强, 并具有全天候的工作能力, 车辆遭受的暴露风险和打击威胁也越来越严重。因此车辆温度场的研究对进一步研究车辆红外辐射特性以及车辆红外隐身具有重要的意义。为此本文就车辆的温度场以及红外辐射特性研究进行了整理, 以便广大研究者对了解相关领域研究情况。
关键词：温度场,红外辐射
参考文献
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