一种在常温环境中测量固体目标红外特征的模拟实验方法

摘要

本发明公开了一种在常温环境中测量低于或远高于环境温度的固体目标红外特征的模拟实验方法，它提出了在一定条件下固体壁面低温长波辐射与高温短波辐射之间的关系，使得低温下固体壁面长波波段的积分辐射强度能够与高温度下固体壁面中波波段的积分辐射强度相互推算得出。应用本测量方法对高温或低温固体的辐射特征进行测量，可以将固体目标的温度调整到稍微高于地面常温，这样能够有效地减小实验难度，降低实验成本，同时还能提高测量精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在常温环境中测量低于或远高于环境温度的固体目标红外特征的模拟实验方法，其属于红外辐射特征实验测试技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断进步，越来越多的领域都涉及到红外辐射相关技术，进一步研究红外辐射对推动这些领域的发展具有重要作用。在研究红外辐射时，对目标红外辐射特征的测量技术是一项很重要的研究方法。目标的温度不同，其在不同波段辐射的能量就不同。对低温目标而言，其长波波段(8μm～14μm)的辐射能量较强，对其辐射特征的研究主要集中在长波波段；对高温目标而言，其中波波段(3μm～5μm)的辐射能量较强，对其辐射特征的研究主要集中在中波波段。若低温目标的温度低于环境温度，环境辐射高于目标辐射，则无法测量目标辐射强度。若高温目标的温度远高于环境温度，在进行实验时很难将模型加热到目标温度，实验难度提高，实验成本增加。以测量高空中飞行的飞机的红外辐射特征为例，高空飞行的飞机蒙皮表面温度为240K～290K，远低于地面环境温度，而飞机喷管固体壁面温度为1200K～800K，远高于地面环境温度。在飞机的设计阶段通常需要对其在高空飞行时的红外特征和拟采用的红外隐身方案进行评估，而此时在地面进行实验获取飞机在高空飞行时的红外辐射特征就十分必要。

在地面模拟远低于环境温度的飞机蒙皮温度和远高于环境温度的飞机喷管固体壁面温度无疑会增大实验难度，增加实验成本。即使能在地面环境温度下模拟飞机蒙皮温度和飞机喷管温度，但由于蒙皮温度低于环境温度，其红外辐射特征很弱，在地面常温环境测量时，由于背景辐射的干扰，无法测量目标的辐射特征。为了解决以上问题，需要发展在地面环境测量低温或高温固体目标红外辐射特征的模拟实验方法。目前，在公开发表的文献中尚未出现相关的研究。

发明内容

本发明提供一种能够简单、准确的在常温环境中测量低于或远高于环境温度的固体目标红外特征的模拟实验方法。

因为温度变化对固体目标的尺寸和表面发射率的变化影响很小，即地面常温环境下的固体目标的尺寸与高温或低温下的固体目标的尺寸基本相同，且具有相同的表面发射率。因而本发明采用如下技术方案：一种在常温环境中测量固体目标红外特征的模拟实验方法，适用于温度低于或远高于环境温度的固体目标红外特征的测量；具体步骤如下：

步骤一，确定实验目的：测量固体目标在λ₁～λ₂(长波波段或中波波段)波段内的红外积分辐射强度，固体目标的温度分布范围为T₁～T₂，所述温度分布范围低于或远高于环境温度；

步骤二，依照固体目标的尺寸和材质加工出相同尺寸和材质的实验模型，确保实验件与真实目标具有完全相同的形状尺寸和表面发射率；

步骤三，设计加热方案，在常温环境加热实验模型，使其表面温度分布与目标的温度分布完全相似，即实验模型某处的温度是固体目标相同位置处温度的n倍，对温度低于环境温度的固体目标即低温目标n>1，对温度远高于环境温度的固体目标即高温目标n<1，n的取值使模型表面的温度高于环境温度；

步骤四，对实验模型在λ₁/n～λ₂/n波段内的红外辐射特征进行测量，即测得实验模型在nT₁～nT₂温度范围内的红外积分辐射强度为对低温目标而言，n>1的取值使得低温目标长波波段λ₁～λ₂的范围缩小为λ₁/n～λ₂/n，对高温目标而言，n<1的取值使得高温目标中波波段λ₁～λ₂的范围扩大到λ₁/n～λ₂/n；

步骤五，根据步骤四中在常温环境下测量得到的在nT₁～nT₂温度范围、λ₁/n～λ₂/n波段范围内的积分辐射强度推算出低于环境温度或远高于环境温度下固体目标的红外积分辐射强度所述和存在如下关系：

进一步的，所述低于地面常温的固体目标指飞机蒙皮。

进一步的，所述远高于地面常温的固体目标指飞机喷管固体壁面。

进一步的，步骤三所述设计加热方案，在常温环境加热实验模型，使其表面温度分布与目标的温度分布完全相似，其中，加热实验模型后，实验模型的温度比环境温度高50℃～300℃。

本发明提供了一种在常温环境中测量低于或远高于环境温度的固体目标红外特征的模拟实验方法，该方法具有如下有益效果：

实验目的需要测量固体目标在低于或远高于环境温度状态下λ₁～λ₂波段内的红外积分辐射强度采用本方法只需在地面常温环境下，测量温度分布为nT₁～nT₂的固体目标在λ₁/n～λ₂/n波段内的红外积分辐射强度

(1)使用本方法测量低于环境温度的固体目标红外辐射特征时，将实验模型的表面温度加热至高于环境温度，通过测量高于环境温度的实验模型红外辐射特征推算出低于环境温度的固体目标的红外辐射特征，使得在地面环境测量低于环境温度固体目标红外辐射特征成为可能。

(2)使用本方法测量远高于环境温度的固体目标红外辐射特征时，不需要将目标加热到实际温度，能够大大的降低实验难度，减小实验成本。

具体实施方式

下面以某飞机机翼部件为例，阐述本发明在常温环境中测量低于环境温度的固体目标红外特征的模拟实验方法的内容。

一、实验测量内容

实验需测量某飞机在高空中飞行时其机翼部件在10μm～14μm波段内的红外积分辐射强度。该机翼部件在高空中飞行时其温度分布为240K～280K，该温度低于地面环境温度，在地面常温环境下模拟测量难度很大。

二、模型设计

根据实际机翼部件结构设计实验模型，实验模型的形状尺寸与实际机翼部件完全相同。根据表面发射率相同的原则，实验模型选择与实际机翼部件相同的材质。

三、实验模型表面温度控制

根据实际机翼部件的温度分布以及测量波段的选择，加热实验模型表面温度至300K～350K，实验模型的温度与实际机翼表面温度分布相似，即相同位置处模型实验件的温度是飞机机翼表面相同位置处温度的1.25倍。

四、地面模型实验件辐射特征测量

对实验模型的红外积分辐射强度进行测量，测量实验模型在在8μm～11.2μm波段内法向的积分辐射强度为81W/sr。由低温或高温下固体目标的红外积分辐射强度与地面常温环境下固体目标的红外积分辐射强度之间的关系可推算出高空低温状态下飞机机翼部件在10μm～14μm波段内的积分辐射强度为33W/sr。

上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。