一种对红外光学窗口进行热分析的方法及红外光学窗口技术

本发明专利技术公开了一种对红外光学窗口进行热分析的方法及红外光学窗口，本发明专利技术针对大口径平面红外光学窗口，进行特定条件下的热力学建模分析及冷却校正，用以抑制窗口升温，使窗口工作在一个允许的温度范围内，解决大口径平面红外窗口在气动热环境下温度升高并发生形变，最终导致红外侦察成像质量差，甚至无法正常工作的问题。作的问题。作的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种对红外光学窗口进行热分析的方法及红外光学窗口


[0001]本专利技术涉及计算机
，特别是涉及一种对红外光学窗口进行热分析的方法及红外光学窗口。

技术介绍

[0002]临近空间高马赫无人机是指巡航马赫数为5.0～8.0、飞行高度在20km以上的无人飞行器。由于高马赫无人机具有飞行高度高和速度快的优势，并且与近地轨道侦察卫星相比，高马赫无人机距离地面更近，可拍摄到高分辨率的图像，获取信息的时间更快且可信度较高，在情报收集、数据传输、快速响应等方面具有很高的应用价值。红外侦察系统是高马赫无人机重要的成像载荷，大口径光学使红外探测的距离越来越远，但同时也给红外光学系统和光学窗口提出了更为复杂的环境适应性和可靠性要求，特别是在高马赫数平台下，气动光学效应是需首要解决的问题。
[0003]大口径平面窗口保持了窗口外形，相对头部球形的光学窗口，光束不受窗口孔径衍射限制，易安装，但最大的缺点是窗口大面积暴露在灼热的边界层内。高马赫无人机以高超声速飞行时，红外侦察系统光学窗口与气流之间形成复杂流场，平面窗口在气动热环境下不仅存在温度场，而且还会产生热应力导致窗口形变，对光学成像探测造成热、热辐射和图像传输干扰，表现到所采集的图像上，会造成图像非线性饱和，导致图像丢失有效信息，降低图像的信噪比。所以如何对平面窗口进行热分析和校正研究，以保证红外侦察系统的光学性能成为现在亟待需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种对红外光学窗口进行热分析的方法及红外光学窗口，以解决现有技术中临近空间高马赫无人机不能保证其上的红外侦察系统的光学性能的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种对红外光学窗口进行热分析的方法，该方法包括：根据红外光学窗口及其周边的预设零件创建有限元模型，对所述有限元模型进行网格划分，创建材料参数和属性并赋予所划分的网格内相对应的预设零件，对所述有限元模型进行约束条件、热边界条件及分析工况的设置；将设置后的所述有限元模型输入预设分析软件，求解计算得到所述红外光学窗口在不同的预设条件下的温度分布和变形情况，并根据所述温度分布和所述变形情况对所述红外光学窗口进行冷却校正，以抑制所述红外光学窗口升温使其工作在预设温度范围内。
[0006]可选地，所述有限元模型划分后的网格的网格类型为三维实体单元
[0007]可选地，是以最大程度对所述红外光学窗口上进行热分析和变形分析起关键作用的细节特征进行描述为原则来设置所述三维实体单元的网格尺寸。
[0008]可选地，所述材料参数包括：力学参数以及热参数；
[0009]所述热参数包括导热系数和比热。
[0010]可选地，所述根据所述温度分布和所述变形情况对所述红外光学窗口进行冷却校
正，以抑制所述红外光学窗口升温使其工作在预设温度范围内，包括：通过设置在所述红外光学窗口外围的缝隙来输出冷却介质，并通过所述冷却介质在所述红外光学窗口的表面形成薄膜，基于所述薄膜以及所述温度分布和所述变形情况以对所述红外光学窗口进行冷却校正，使所述红外光学窗口工作在预设温度范围内。
[0011]可选地，所述缝隙设置在所述红外光学窗口的周围，且通过设置使所述缝隙喷出的是冷却介质的出射方向是沿所述红外光学窗口表面切向方向上，以使所述冷却介质沿所述红外光学窗口表面切向方向上流出。
[0012]可选地，所述方法还包括：根据所述红外光学窗口的温度分布和变形情况，以及冷却校正后所述红外光学窗口的变形情况来调整和优化所述红外光学窗口的各个参数，以使得所述红外光学窗口具有最优的热抑制性能。
[0013]可选地，所述红外光学窗口为临界空间高马赫无人机的窗口。
[0014]第二方面，本专利技术提供了一种应用于临界空间高马赫无人机的红外光学窗口，所述红外光学窗口为通过上述任一种所述的方法进行热分析后得到的窗口。
[0015]第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有信号映射的计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现上述任一种所述的对红外光学窗口进行热分析的方法。
[0016]本专利技术有益效果如下：
[0017]本专利技术是针对大口径平面红外光学窗口，对其进行特定条件下的热力学建模分析及冷却校正，通过冷却校正以抑制窗口升温，使窗口工作在一个允许的温度范围内，解决大口径平面红外窗口在气动热环境下温度升高并发生形变，最终导致红外侦察成像质量差，甚至无法正常工作的问题。
[0018]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0019]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0020]图1是本专利技术第一实施例提供的一种红外光学窗口的正视图；
[0021]图2是本专利技术第一实施例提供的一种红外光学窗口的侧视图；
[0022]图3是本专利技术第一实施例提供的红外光学窗口及周边网格组合模型示意图；
[0023]图4是本专利技术第一实施例提供的5Ma飞行速度下窗口热抑制方案示意图；
[0024]图5是本专利技术第一实施例提供的8Ma飞行速度下窗口热抑制方案示意图。
具体实施方式
[0025]本专利技术是针对现有临近空间高马赫无人机不能保证其上的红外侦察系统的光学性能的问题，对大口径平面红外光学窗口进行特定条件下的热力学建模分析及冷却校正，用以抑制窗口升温，使窗口工作在一个允许的温度范围内，解决大口径平面红外窗口在气
动热环境下温度升高并发生形变，最终导致红外侦察成像质量差，甚至无法正常工作的问题。也即本专利技术通过精确的模拟实际窗口结构的热应力及热变形情况，并根据分析的结果，通过调整和优化参数，得到更加理想的热抑制效果，从而解决高马赫数下大口径平面红外窗口由于窗面热辐射而导致的探测器饱和、灵敏度降低或出现虚假目标等影响红外侦察系统成像性能的问题。以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。
[0026]本专利技术第一实施例提供了一种对平面红外光学窗口进行热分析的方法，参见图1、图2和图3，该方法包括：
[0027]根据红外光学窗口及其周边的预设零件创建有限元模型，对所述有限元模型进行网格划分，创建材料参数和属性并赋予所划分的网格内相对应的预设零件，对所述有限元模型进行约束条件、热边界条件及分析工况的设置；
[0028]将设置后的所述有限元模型输入预设分析软件，求解计算得到所述红外光学窗口在不同的预设条件下的温度分布和变形情况，并根据所述温度分布和所述变形情况对所述红外光学窗口进行冷却校正，以抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对红外光学窗口进行热分析的方法，其特征在于，包括：根据红外光学窗口及其周边的预设零件创建有限元模型，对所述有限元模型进行网格划分，创建材料参数和属性并赋予所划分的网格内相对应的预设零件，对所述有限元模型进行约束条件、热边界条件及分析工况的设置；将设置后的所述有限元模型输入预设分析软件，求解计算得到所述红外光学窗口在不同的预设条件下的温度分布和变形情况，并根据所述温度分布和所述变形情况对所述红外光学窗口进行冷却校正，以抑制所述红外光学窗口升温使其工作在预设温度范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有限元模型划分后的网格的网格类型为三维实体单元。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以最大程度对所述红外光学窗口进行热分析和变形分析起关键作用的细节特征进行描述为原则来设置所述三维实体单元的网格尺寸。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料参数包括：力学参数以及热参数；所述热参数包括导热系数和比热。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度分布和所述变形情况对所述红外光学窗口进行冷却校正，以抑制所述红外光学窗口升温使其工作在预设温度范围内，包括：通过设置在所述红外光学窗口外围的缝隙来输出冷却介质，并通过所述冷却介质在所述红外光学窗口的表面形成薄膜，基于所述薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓露，闯家亮，杜叶宣，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：