(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111641776.8 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号西 安电子科技大 学 (72)发明人 孙梦君　白璐　张天娇　黄超　 李海英　 (74)专利代理 机构 西安长和专利代理有限公司 61227 代理人 何畏 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定方法、 系统及设备 (57)摘要 本发明属于分子光谱辐射的相关计算技术 领域， 公开了一种非平 衡流中OH紫外光谱辐射特 性测定方法、 系统及设备， 运用仿真软件模拟出 高速飞行器在高空飞行的气体流场温度、 压强及 组分浓度的分布； 根据流场分布情况， 沿确定视 线方向对流场进行分层处理， 获得每层的温度、 压强及各组分的浓度分布； 计算OH碰撞 ‑辐射模 型中的化学反应速率； 将流场参数带入碰撞 ‑辐 射模型中， 编程计算OH(A)不同振动 能级的数密 度； 根据视在积分法， 运用编程计算尾焰或激波 层中OH的光谱辐亮度。 本发明考虑OH分子精细化 能级结构 对碰撞‑辐射模型中化学反应速率的影 响， 从而大大提高了相关计算的精度， 也更精确 地给出非平衡流中OH光谱辐射特性的计算结果。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 114398768 A 2022.04.26 CN 114398768 A 1.一种非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定方法， 其特征在于， 所述非平衡流中OH紫 外光谱辐射特性测定方法包括： 第一步， 运用仿真软件模拟出高速飞行器在高空飞行的气体流场温度、 压强及组分浓 度的分布； 第二步， 根据流场分布情况， 沿确定视线方向对流场进行分层处理， 获得每层的温度、 压强及各组分的浓度分布； 第三步， 计算OH 碰撞‑辐射模型中的化学反应速率； 第四步， 将流场参数 带入碰撞 ‑辐射模型中， 编程计算OH(A)下不同振动能级的数密度； 第五步， 根据视在积分法， 运用编程计算尾焰或激波层中OH的光谱辐亮度。 2.如权利要求1所述的非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定方法， 其特征在于， 所述第 三步计算OH 碰撞‑辐射模型中的化学反应速率： (1)依据OH分子精细化能级跃迁理论， 计算OH(A)不同振动能级之间跃迁对应的置换反 应速率值， 运用编程 求解144×144维置换反应速率矩阵； (2)计算不同转动能级对应的预离解反应速率 值； (3)计算不同分子原子参与反应的化学速率 值。 3.如权利要求2所述的非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定方法， 其特征在于， 进一步 包括： 1)置换反应速率强烈依赖于OH(A)不同振动能级之间的跃迁过程； 其中高能级向低能 级跃迁过程主要有ν ′＝1→ν″＝0、 ν′＝2→ν″＝0、 ν′＝2→ν″＝1、 ν′＝3→ν″＝2； 与之对应 的低能级向高能级跃迁过程有ν ′＝0→ν″＝1、 ν′＝0→ν″＝2、 ν′＝1→ν″＝2、 ν′＝2→ν″＝ 3； 在编程计算不同振动能级跃迁过程对应的化学反应速率的过程中， 将原模型中144 ×1维 速率矩阵扩充至144 ×144维数； 采用公式 将振动能级与转动能 级跃迁相耦合， 需注意该式中应满足J ″＞J′； 根据公式 计 算置换反应的逆向速率； 2)预离解反应速率强烈依赖于转动能级， 当振动能级ν ′＝0， 转动能级J ′≥22、 振动能 级ν′＝1， 转动能级J ′≥11以及振动能级ν ′≥2的所有转动能级的预离解速率对转动量子数 有着强烈的依赖作用； 采用公式 计算同一振动能级下不同转动能级对 应的预 离解反应速率 值， 其中f(J ′)＝c1exp[c2J′(J′+1)]； 3)分子原子参与的反应有退激发反应和置换反应， 参与反应的分子原子主要有O2、 H2、 H2O、 CO、 CO2、 H、 O及N2； 获得依赖于振动ν ′＝0‑3的退激发反应速率值， 利用公式 计算精确到ν ′＝0‑3， J′＝0‑J′max( ν′)时的所有退激发反应速率值； 置换反应 速率的求 解根据1)进行计算。 4.如权利要求1所述的非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定方法， 其特征在于， 所述第 五步根据视在积分法， 运用编程计算尾焰或激波层中OH的光谱辐亮度包括： (1) 基 于 逐 线 法以 及 H I T R A N 高 温 分 子 数 据 库 计 算 不同 温 度 下的 线 强 采用第四步中获得的能级数密度可权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114398768 A 2计算单层的吸收系数α ＝S ·N·Φ， 其中Φ为线性函数， Voigt线型获得更为精确的吸收系 数； (2)计算每层的吸 收率1‑e‑α·l， l表示单层的厚度； 透过率e‑α·l； ( 3 ) 选 用 黑 体 辐 射 作 为 目 标 的 初 始 辐 亮 度 I0，基 于 视 在 积 分 法 计算经过整条路径后的光谱辐亮度， 其中光学厚度τλ＝κsλ·l； 当计算第n层的辐亮度时， 经过前面n ‑1层路径的衰减影响， 离散形式的方程为 5.一种计算机设备， 其特征在于， 所述计算机设备包括存储器和处理器， 所述存储器存 储有计算机程序， 所述计算机程序被所述处理器执行时， 使得所述处理器执行权利要求 1～ 4任意一项所述非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定方法的步骤。 6.一种计算机可读存储介质， 存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时， 使 得所述处理器执行权利要求1～4任意一项所述非平衡流中OH紫外光谱辐 射特性测定方法 的步骤。 7.一种信 息数据处理终端， 其特征在于， 所述信 息数据处理终端用于实现权利要求1～ 4任意一项所述非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定方法的步骤。 8.一种实施权利要求1～4任意一项所述非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定方法的 非平衡流中OH紫外光谱辐射特性测定系统， 其特征在于， 所述非平衡流中OH紫外光谱辐射 特性测定系统包括： 气体参数分布模块， 用于运用仿真软件模拟出高速飞行器在高空飞行的气体流场温 度、 压强及组分浓度的分布； 流场分层处理模块， 用于根据流场分布情况， 沿确定视线方向对流场进行分层处理， 获 得每层的温度、 压强及各组分的浓度分布； 化学反应速率计算模块， 用于计算OH 碰撞‑辐射模型中的化学反应速率； 数密度计算模块， 用于将流场参数带入碰撞 ‑辐射模型中， 编程计算OH(A)不同振动能 级的数密度； 光谱辐亮度计算模块， 用于根据视在积分法， 运用编程计算尾焰或激波层中OH的光谱 辐亮度。 9.一种有翼飞行器， 其特征在于， 所述有翼飞行器安装有权利要求8所述的非平衡流中 OH紫外光谱辐射特性测定系统。 10.一种无翼飞行器， 其特征在于， 所述有翼飞行器安装有权利要求8所述的非平衡流 中OH紫外光谱辐射特性测定系统。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114398768 A 3