海军工程大学 动力工程学院，湖北 武汉 430000
水下航行器动力系统循环冷却水经由排放口排出，与环境水体掺混换热形成热射流。热射流在环境水体中扩散、浮升并在水体表面形成红外特征。为探究排放口结构对水下航行器热射流红外特征的影响，文中采用仿真分析结合实验验证的方法进行研究。依托CFD计算软件平台建立水下航行器运动模型，设计不同半径比椭圆形排放口结构并对比热射流红外特征差异。通过缩比水池实验验证椭圆形排放口半径比对热射流红外特征的影响，同时验证仿真计算方法及设计参数的有效性。在椭圆形排放口的基础上，进一步设计排放口数量及分布位置，抑制热射流红外特征，提升水下航行器热隐身性能。根据仿真计算及实验结果可知，在排放流量相同的条件下，半径比越小的椭圆形排放口热射流掺混换热效果越好，红外特征越不明显。同时，增加排放口数量以及排放口分布位置采用两翼排列方式可以进一步加强热射流温度衰减，降低水面最高峰值温度。
水下航行器 热射流 排放口 结构设计 红外特征 underwater vehicle thermal jet discharge port structure design infrared characteristics 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220333
1 海军工程大学 教研保障中心，湖北 武汉 430033
2 海军工程大学 动力工程学院，湖北 武汉 430033
深入分析了利用恒热流边界条件下下降液膜（降膜）技术对**目标垂直进行红外抑制的方 法。建立了层流降膜的流动与传热模型，采用能量守恒法，忽略液膜入口段效应，得到了降膜表面 的温度分布，简化了求解过程。通过与不同研究者结果做对比，验证了能量守恒法对于评估降膜在 充分发展段换热过程的有效性。计算了探测器对采用液膜红外抑制技术后目标的识别距离，结果表 明：增大液膜流动的流量、合理控制液膜入口温度可增强对特定目标的红外抑制效果。本人的研究 方法和结论对**目标的红外抑制领域具有中重要的参考意义。
下降液膜 温度分布 恒热流边界条件 falling liquid films, temperature distribution, co
随着水下航行器噪声水平的不断降低，水下航行器形成的尾流红外成像特征就成为其主要可探测的特征源之一，利用水下航行器尾流的水面红外特征来探测水下航行器的踪迹逐渐发展成为一种新的探测方式。由于人工判别尾流特征的效率低，准确性不高，采用人工智能深度学习的方式能够得到较大的改善。本文以水下航行器尾流红外特征识别为研究核心，通过图像分类制作了混合类的样本集，利用迁移学习比较不同预训练网的对尾流的训练效果，讨论预训练网内部参数对尾流训练效果的影响，结合 Faster-RCNN算法，最终测试对尾流的识别精度，在 45个 2类尾流的小样本集下，预训练之后的网络在识别准确度上增加了 21.43%，误检率下降了 2.14%，带有红外特征的图像在定位精准率上比可见光图像高 18.18%。该预训练测试对未来研究尾流探测结合卷积神经网络的识别有一定的应用潜力。
红外特征 尾流 深度学习 迁移学习 infrared characteristics, wake, deep learning, tra faster-RCNN
1 海军工程大学 动力工程学院, 湖北 武汉 430033
2 水下测控技术重点实验室, 辽宁 大连 116013
研究潜艇热尾流的浮升扩散规律和水面红外特征对红外探潜具有重要意义。以潜艇缩比模型为研究对象, 建立了潜艇热尾流三维计算模型。分别使用重叠网格、VOF(Volume of Fluid)模型方法和来流法, 对潜艇热尾流的浮升扩散过程进行了数值模拟。分析了潜艇热尾流的浮升扩散规律和温度场特征。使用实验测得的水面红外热像图和热尾流浮升扩散图像对两种仿真方法的精度进行了对比验证。结果表明: 基于重叠网格和VOF模型的数值模拟方法精度较高, 模拟得到的热尾流最大温度出现时间相差0.2 s, 温度偏差为0.003 K, 能够很好地模拟潜艇热尾流的浮升扩散和温度分布特性。
热尾流 浮升扩散 温度场 重叠网格 VOF模型 thermal wake buoyancy diffusion temperature field overset grid VOF model 红外与激光工程
2019, 48(4): 0404002
1 海军工程大学动力工程学院, 湖北 武汉 430033
2 水下测控技术重点实验室, 辽宁 大连 116013
介绍了常规测温方法和三波段海面红外热成像测温方法的原理,采用这两种方法分别求解海面温度,对比分析了在不同观测方向和红外热像仪精度下两种方法的精度。结果表明:三波段海面红外热成像测温方法能消除海面发射率误差对精度的影响。当红外热像仪精度为±0.25 K时,测得海面温度的偏差基本小于0.5 K,精度较高。提高红外热像仪精度可有效提高三波段海面红外热成像测温方法的精度。当观测方向天顶角为70°~85°时,常规测温方法测得的海面温度偏差远高于三波段海面红外热成像测温方法,此时必须采用三波段海面红外热成像测温方法。
测量 红外测温 海面发射率 红外热像仪 测温精度 激光与光电子学进展
2018, 55(6): 061205
1 海军蚌埠士官学校, 安徽 蚌埠 233012
2 中国人民解放军91278部队, 辽宁 大连 116041
3 海军工程大学动力工程学院, 湖北 武汉 430033
弥散介质遮蔽表面的红外成像精确测温问题可归结为遮蔽物对热像仪工作波段光学厚度的准确测算。以细水雾遮蔽下的目标红外成像测温为例，通过理论和实验分析，确定具体的测量方法为通过粒子测量系统可以确定弥散介质的几何参数(粒度、浓度、厚度等)；结合米氏散射理论计算获得其光学衰减系数；采用朗伯比尔定律计算弥散介质的透射率；通过设定红外热像仪中的大气透射率参数完成对待测目标的准确的红外成像测温。实验证明，该方法可准确测定弥散介质遮蔽表面的温度。而对实际应用问题，提出了通过估算的方法来确定大气透射率。
测量 红外成像测温 米氏散射理论 弥散介质 透射率 激光与光电子学进展
2016, 53(9): 091201
海军工程大学 船舶与动力学院热工教研室，湖北 武汉430033
建立了多分散细水雾0.8～20μm辐射特性参数数据库和谱带灰体模型，并提出了采用数据库调用获取辐射特性参数、采用谱带灰体模型处理细水雾非灰特性相结合的方法.通过将该方法计算的无量纲辐射热流与采用Mie理论和窄谱带模型计算的结果作对比，证明该方法准确可靠.通过精度分析和效率分析，证明所提方法既可保证精度在可接受的水平，又能使计算时间大幅缩减.
多分散细水雾 热遮蔽 辐射特性参数 谱带灰体模型 数据库 fine water sprays radiative heat shielding radiative properties spectral bands-grey assumption model database
1 海军装备部驻兴平军代室， 陕西 兴平 713105
2 海军工程大学船舶与动力学院， 湖北 武汉 430033
在假设雾滴为单液滴球形的基础上，通过建立雾滴的运动与蒸发模型，对热辐射与对流耦合作用下的雾滴运动与蒸发特性进行了研究。研究发现，室外环境条件对雾滴寿命的主要影响因素是环境湿度和雾滴的初始粒径，而辐射和强迫对流的影响基本可以忽略。热辐射会造成雾滴的温度升高，甚至使雾滴的温度高于环境温度。雾滴的温度会呈现先增后降的变化规律。强迫对流对雾滴温度的影响可以忽略。较大的雾滴初始粒径有利于形成弥散雾，但粒径过大会因为自由沉降而缩短寿命，因此存在最佳的初始粒径。
传热传质 运动与蒸发 雾滴 耦合作用 heat and mass transfer motion and evaporation spray droplet coupled effect
1 海军工程大学 动力工程学院, 武汉 430033
2 空军航空大学 飞行训练基地, 哈尔滨 150111
研究了细水雾遮蔽衰减热辐射过程中，取得最佳遮蔽效果的动态雾滴初始粒径问题。综合考虑雾滴的光学特性和动力学特性，定义了热遮蔽指数作为度量动态雾滴消光能力的指标。在模型构建中，用索特粒径将多分散性的细水雾等效成单分散系；用Planck平均法获取水雾的灰体辐射特性参数；并采用数组调用、线性插值的方法提高大量计算Mie氏消光因子的效率。研究发现，基于遮蔽指数的最佳消光粒径要远大于基于光学特性的最佳消光粒径。
细水雾 消光粒径 热遮蔽 辐射特性 动力特性 fine water sprays extinction diameter thermal shielding radiative property dynamic property
海军工程大学动力工程学院, 湖北 武汉 430033
通过对米氏累积概率分布函数(CPDF)进行自定义函数拟合，设计了一种获取显式CPDF的方法。通过对比分析事件法和权值法两种光子追踪模式的效率，证明了两种方法的计算耗时与样本容量成线性关系。事件法的计算速度要优于权值法，但权值法的收敛性要明显优于事件法。在达到相同收敛标准的前提下，权值法的样本容量可以比事件法小1~2个数量级；权值法阈值选取对计算精度和计算时间的影响主要发生在当阈值大于计算对象1/100时。总体讲权值法的计算效率要优于事件法。
散射 光子传输 抽样统计 各向异性散射 追踪模式 蒙特卡罗法
