装备红外成像系统的超声速飞行器在飞行过程中,由于气动热辐射效应,飞行器周围气流温度迅速上升,高温气体对飞行器光学红外窗口进行气动加热使其温度升高。红外窗口产生强烈的红外辐射,在探测器接收面上形成辐射背景,导致红外探测器成像质量下降,严重时会使探测系统失效。因此,对高速飞行器气动热辐射效应进行研究在红外探测和红外制导方面有重要意义。本文对国内外气动光学效应研究现状进行了调研,对国内外学者做过的主要研究以及今后的发展方向作出了分析。对气动热辐射的产生、传播以及最终在探测面成像的整个过程进行了仿真分析。首先对飞行器进行建模,根据空气动力学原理,运用有限元软件,划分模型网格,设置边界条件和飞行状态,模拟出飞行器飞行过程中外部气体的温度场分布。随着气体温度升高,窗口外表面被加热,通过热传递将外表面热量传到窗口内表面。根据导热过程中的能量方程以及红外窗口材料和尺寸,运用有限元的方法分别对平板型和半球型红外窗口建模,输入窗口外表面温度场,计算出窗口内部温度分布。同时对红外窗口的透过率进行了理论分析,并以一种近似的理论为基础,设计仿真实验得到相应数据,通过拟合计算得出窗口透过率。然后运用蒙特卡洛法对热辐射传播进行了理论研究,选用卡塞格林式红外探测光学系统,计算并设置了参数,利用光线追迹的方法在探测面得到红外辐射图像。同时对热辐射探测距离和探测角度以及红外光学系统中的透镜等一系列影响参数进行了分析。通过得到的实验结果对气动热辐射效应影响进行了评估。本文利用计算机仿真的方法模拟了气动热辐射从产生、传播到探测的整个过程,从仿真过程和结果证明仿真方法的可行性和准确性,为高超声速飞行器气动热辐射效应的研究提供了方法参考和数据支持。