基于泡沫金属和相变材料的红外数码迷彩基础研究

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随着红外伪装技术与红外探测技术的发展,同时红外成像探测设备不断的更新,这使得红外探测系统的空间探测率和光谱的分辨率进一步增加,从而导致目标装备在红外伪装中面临越来越多的困难和挑战,因此需要通过使用不同的伪装方式来使得目标装备的红外辐射特征与背景达到相一致。本文通过从软件仿真和实验研究两个方面研究了泡沫金属复合相变材料,使用不同相变温度的相变材料和不同孔隙率的泡沫金属铝,利用这两种材料对温度的控制实现了一种红外伪装的手段,从而达到了目标的红外伪装效果。首先选择泡沫金属铝材料和石蜡相变材料,对两种材料的基本结构和热力学特性进行研究分析,从理论方面讨论两种材料复合后的等效导热系数,证明了通过利用两种材料可以对目标的温度进行控制。为了研究泡沫金属和相变材料结合使用后的温度控制效果,基于泡沫金属的微观结构,利用ANSYS软件对泡沫金属的单胞体结构进行设计,再依据相变材料的热学特性,建立了泡沫金属复合相变材料的三维物理模型。通过ANSYS软件对其进行有限元仿真,分析了几种不同孔隙率的泡沫金属对相变材料的传热特性,并且和未使用泡沫金属的纯相变材料作对比,评估泡沫金属带来的影响。仿真结果表明,相变材料的传热性能与泡沫金属的孔隙率大小密切相关。泡沫金属的使用可以极大程度的提高相变材料的传热速率,但是不同孔隙率的泡沫金属导致的效果不同。泡沫金属的孔隙率越小,复合相变材料在热传递过程中温度变化的就越快,而且相变材料的相变过程也会一定程度的变短。通过观察模型的温度分布云图,可以看出泡沫金属的使用不仅可以提高相变材料的换热能力,而且使得相变材料在热传递过程中温度分布的更加均匀。最后基于仿真的结果,通过实验研究了泡沫金属在相变材料控温能力中的作用和效果。选取三种典型的泡沫金属铝(三维网状型泡沫铝、球体开孔型泡沫铝、微孔型泡沫铝)和不同相变点温度(32℃、42℃、46℃)的相变石蜡材料,制备出不同组合的复合相变材料。通过设计不同的实验,研究了不同孔隙率的泡沫铝对石蜡材料的影响。实验结果表明,孔隙率的不同使得相变材料拥有不同的控温时间,实验验证了软件仿真分析结果的正确性。最后设计了一种随机分布的泡沫铝复合相变石蜡,利用红外热像仪对其进行观察,可以看出,不同区域呈现出亮度的差异,产生了一种数码迷彩的红外分布,证明了通过使用不同复合相变材料能够对目标达到一种红外数码迷彩的伪装效果。
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