人工制备生物气溶胶的消光性能研究

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近年来,光学探测系统和制导武器不断发展,传统消光材料对这些武器系统的对抗能力有所下滑。人工制备生物气溶胶作为消光材料研究和发展的一个新方向,已被证明有良好的消光性能。但现阶段对其在实际应用环境下的消光性能研究并不充分,尚未研究环境条件等因素对其宽波段消光性能的影响、尚未结合多种环境下的浮空性能分析其实际消光效果。本文围绕上述问题,从三个方面展开研究:(1)针对实际应用中对抗目标工作波段宽的问题,计算了人工制备生物气溶胶的全光波段(0.2~14μm)消光性能;系统地分析了全光波段消光性能与多个材料属性、结构因素的关系。研究发现:材料属性决定了生物气溶胶在不同波段消光性能的相对大小;在粒径范围内,消光性能随颗粒粒径的增大、凝聚粒子孔隙率的减小而增强;当孔隙率一定时,凝聚粒子的结构细节、包含原始颗粒数对粒子群消光性能无影响。(2)针对实际应用中自然环境多样的问题,从消光性能维度:研究了环境中相对湿度对人工制备生物气溶胶宽波段消光性能的影响;对几种典型湿度条件下的消光性能进行了实例分析。结果显示:当环境中的相对湿度值高于70%时,生物气溶胶的全光波段消光性能随相对湿度的增大而增强;各波段上消光性能随湿度增长而增强幅度的相对大小由材料的吸收系数谱决定。(3)针对实际应用中自然环境多样的问题,从浮空性能维度:建立了多环境条件下的“沉降-扩散”联合模型对生物气溶胶在实际应用中的浮空情况进行仿真。结果表明:人工制备生物气溶胶生成后的浮空性能优劣受环境因素影响显著,在相同的释放条件下,有效消光面积大小及其变化趋势与大气稳定度和风速两个因素密切相关。本文主要创新点:(1)建立了人工制备生物气溶胶全光波段消光性能与多个因素的关系模型。相关结论适用性强,也可用于其他具有凝聚颗粒结构的粒子群或胶体体系的消光性能分析。(2)建立了包含环境湿度因素的人工制备生物气溶胶消光性能变化模型;将环境因素引入消光性能计算。(3)建立多环境条件下的人工制备生物气溶胶“沉降-扩散”联合模型,重点研究了贴近实际应用环境下生物气溶胶的浮空性能。
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