[发明专利]发烟筒烟幕遮蔽率预测方法及计算机存储介质有效

专利信息
申请号: 202110835111.4 申请日: 2021-07-23
公开(公告)号: CN113705062B 公开(公告)日: 2022-10-18
发明(设计)人: 乔江波;李健;葛春元;王钰;路鹏展;郭凤超;孟轩辉;杜正;张晓祥 申请(专利权)人: 中国人民解放军92609部队
主分类号: G06F30/25 分类号: G06F30/25
代理公司: 北京卫智易创专利代理事务所(普通合伙) 16015 代理人: 朱春野
地址: 100077 北京*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 烟筒 烟幕 遮蔽 预测 方法 计算机 存储 介质
【说明书】:

发烟筒烟幕遮蔽率预测方法,利用霍兰德烟气抬升公式计算发烟筒发射烟气的抬升高度,进而利用随机游走粒子模型计算发烟筒烟幕的三维浓度分布,进而实现对烟幕遮蔽率的计算预测,具体包括:(1)发烟筒以设定的时间步长为时间间隔连续发射粒子,每一个时刻点发射的新粒子为N个,发射的粒子累积形成粒子气溶胶体系,在时间t时刻,求得粒子气溶胶体系中任一粒子的位置坐标;(2)选取烟幕中t时刻的某一点A,选取点A附近的n个粒子,计算得到每一个粒子的加权浓度和A的质量浓度;(3)进而利用烟幕的质量浓度计算光辐射通过烟幕时,烟幕对光的遮蔽率。方法简单,更易于在中低配置计算机上实现,预测结果可信度更高。

技术领域

本申请属于流体仿真技术领域,具体涉及发烟筒烟幕遮蔽率预测方法及计算机存储介质。

背景技术

在军事上,烟幕是指人工造成的能在一定时间和空间范围内有效遮蔽可见光、红外目标或者有效衰减可见光、红外光、激光、毫米波等电磁波辐射能量的气溶胶或类似体系。烟幕是高科技条件下对抗光电制导武器的重要手段,既可以通过气溶胶体系的吸收、散射作用,衰减目标的可见光、红外辐射,有效降低目标被发现概率,又可凭借自身的红外辐射,制造假目标,干扰敌方光电制导武器工作回路,使其无法锁定、跟踪真实目标。气象条件对烟幕扩散影响巨大,针对不同气象环境制定最优烟幕布放方案是发挥烟幕效能的关键。

烟幕仿真可以定量地预测气象条件对烟幕使用效果的影响,帮助指挥员优化烟幕布放方案,提高烟幕作战效能。根据预测模式不同,常用的烟幕仿真方法通常包括基于物理预测法的仿真方法、基于计算流体力学(CFD)的仿真方法。

基于物理预测法的仿真方法通常采用高斯扩散模型,将烟幕浓度近似成一种正态分布,正态分布的标准差由经验函数计算。但是,高斯扩散模型是研究一个固定空间上的扩散过程,适用条件是地面开阔平坦、性质均匀,扩散物质是稳定的、被动的,地面对其全反射,平均流场平直、稳定、平均风速和风向没有明显的时间变化。对于非平直流场或风速可变的情况,高斯扩散模型的适应性较差。此外,发烟筒喷出的高温烟气,因密度低于空气会有明显的抬升现象,高斯扩散模型无法仿真烟幕的抬升现象。

基于CFD的仿真方法以热力学三大定律为基础,迭代求解流体运动的数值解。该类仿真方法通常用于专业的流体仿真,烟幕仿真只是其中的一种应用。基于CFD的烟幕仿真可模拟复杂多变的风场,通过改变计算区域的建模,还可以模拟不同地形下的烟幕扩散过程。但是该方法需要专业CFD求解器支持,求解器与其他上位机软件整合难度较大。此外求解器计算迭代过程复杂,中低配置计算机仿真耗时过长。

发明内容

有鉴于此,一方面,一些实施例公开的技术方案是发烟筒烟幕遮蔽率预测方法,其中,发烟筒发射烟气,烟气中的粒子逐渐累积组成气溶胶体系,该气溶胶体系形成烟幕,烟幕对光线的遮蔽率用以下方法预测:

(1)发烟筒以设定的时间步长为时间间隔连续发射粒子,每一个时刻点发射的新粒子为N个,多次发射的粒子累积形成粒子气溶胶体系,在时间t时刻,粒子气溶胶体系中任一粒子的位置坐标为(x(t),y(t),z(t)),由下式计算:

(x(t),y(t),z(t))=(x(t-τ),y(t-τ),z(t-τ))+l(τ)+(0,0,ΔH)

其中,x、y、z为粒子分别在顺风、横风、垂直三个方向上的坐标;τ为时间步长;(x(t-τ),y(t-τ),z(t-τ))为粒子在t时刻的上一时刻点的位置坐标;l(τ)为粒子在时间步长τ内的位移,由下式计算:

l(τ)=V(τ)·τ

其中,V(τ)为时间步长内的粒子速度;

ΔH为烟幕的烟气抬升高度,由下式计算:

ΔH=(1.5VsD+0.01Qh)/U

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