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本文基于高超声速飞行器尾焰紫外探测的应用需求,研究了高超声速飞行器尾焰的物理特性,分析了尾焰中不同紫外辐射源函数的辐射机理,将计算大气辐射特性的球谐离散坐标法引入到尾焰紫外辐射传输方程的求解过程,讨论了不同紫外辐射源函数对尾焰紫外辐射特性的影响。论文的主要研究工作包括:1.将服从正态分布的基本粒子半径引入DLA算法,建立了尾焰中氧化铝簇团粒子模型;基于多球T矩阵算法,研究了氧化铝簇团粒子相态、分形维数及基本粒子数目对单个氧化铝簇团粒子散射相函数、线偏振特性及非球形性的影响,并与等体球、等面球及基本粒子半径相等的簇团粒子的散射特性进行了比较;将分别采用多球T矩阵算法和CST软件计算的氧化铝簇团粒子的散射特性进行了对比,两者计算结果吻合较好。2.给出了一种计算尾焰中氧化铝簇团粒子统计平均光学特性的算法;研究了基本粒子数目和探测波长对氧化铝簇团粒子统计平均散射相函数、不对称因子、单次反照率、消光效率因子、吸收效率因子及散射效率因子的影响;分析了基本粒子半径服从不同分布的氧化铝簇团粒子的统计平均光学特性;对比了不同氧化铝粒子模型对其统计平均光学特性的影响。3.根据黑体辐射理论,计算了尾焰中不同氧化铝粒子模型在紫外波段粒子热辐射的辐射亮度;采用“碰撞-辐射”模型研究了尾焰中OH和NO气体分子能级数密度的求解算法,根据紫外波段的各气体分子对应的谱线强度、线型函数、能级数密度和普朗克函数,计算了气体分子化学荧光辐射的光谱发射系数,将仿真模拟的OH气体分子化学荧光辐射的光谱发射系数与文献中Atlas飞行器尾焰数据进行了对比,两者结果吻合较好。4.扩展了球谐离散坐标法中的辐射源函数,引入了氧化铝簇团粒子热辐射源函数、OH和NO气体分子化学荧光辐射源函数及氧化铝簇团粒子的内散射源函数,将计算大气辐射特性的球谐离散坐标法引入到尾焰紫外辐射传输方程的求解过程;采用球谐离散坐标法计算了尾焰紫外辐射亮度,并与实验数据进行了对比,两者结果吻合较好;讨论了尾焰中各辐射源函数对其紫外辐射特性的影响。5.建立了高超声速飞行器固体火箭推进剂和液体燃料推进剂尾焰的紫外辐射模型,并基于球谐离散坐标法研究了多种情况下尾焰的紫外辐射特性。在固体火箭推进段,尾焰的紫外辐射源主要为氧化铝簇团粒子热辐射、OH和NO气体分子的化学荧光辐射及由氧化铝簇团粒子散射所引起的辐射,分析了飞行高度、发动机推力、探测波段、考虑复燃和不考虑复燃情况下高超声速飞行器尾焰的紫外辐射特性;在液体燃料推进段,尾焰的紫外辐射源主要为OH气体分子的化学荧光辐射,主要研究了飞行速度、攻角及飞行高度对高超声速飞行器尾焰紫外辐射特性的影响。