在气动热环境中,当带有红外制导装置的飞行器高速飞行时,其前方的光学头罩温度迅速提升。由于受热不均匀,光学头罩的温度和折射率为非均匀分布。当一束平行光束通过折射率呈非均匀分布的流场和光学头罩时,其传播方向发生改变,增加了附加的相位。被探测器接收到的目标图像出现模糊、抖动、和像偏移。这种现象被称为气动光传输效应。同时气动加热的光学头罩发出强烈的红外辐射光束。红外辐射光束通过红外导引头后方的光学系统被探测器所接收,在探测器上对目标信号造成背景噪声干扰。光学头罩发出的红外辐射强烈时,探测器将达到饱和,目标图像信息被红外噪声淹没。这种现象被称为气动热辐射效应。气动光传输效应和气动热辐射效应统称为气动光学效应。气动光学效应影响红外导引头对目标的探测、识别、跟踪的能力,严重制约着导引头的制导精度。本文重点研究了光学头罩的气动光传输效应和气动热辐射效应的机理和建模仿真方法、建立了光学头罩的综合性能评价函数用于设计优化头罩的外形、构建了流场和光学侧窗的联合光传输数学计算模型去校正气动光学效应,主要研究内容包括:气动热环境下光学头罩的三维折射率场研究。根据空气动力学理论,利用有限元方法建立外流场的有限元计算模型。利用该计算模型仿真模拟飞行器高速飞行时,光学头罩外部流场真实的气动热环境,计算得到了流场的温度场、压强场、以及热流密度场分布。根据传热学以及结构力学理论,建立光学头罩的热分析有限元计算数学模型。利用该模型计算了气动热环境下,光学头罩的三维温度场分布,以及形变场分布规律。根据晶体的热光效应原理,光学头罩的折射率场分布可由温度场计算得到。光学头罩的光传输效应以及热辐射效应研究。在非均匀折射率场分布的光学介质中,通过仿真分析比较了三种光线追迹算法的追迹精度。建立了光学头罩的气动光传输效应和气动热辐射效应的数学计算模型,仿真得到了光学头罩的气动光学效应对高速飞行器成像质量的影响规律。光学头罩的气动光学效应影响因素研究。以共形光学头罩为研究对象,以空气动力学性能、成像质量以及辐射噪声为评价准则,计算了光学头罩的结构参数以及飞行工况对气动光学效应的影响规律。与传统的半球形光学头罩相比,在相同工况下共形头罩具有更好的空气动力学性能,然而受气动光学效应影响,共形头罩的失真图像更加模糊。通过增加光学头罩的厚度可以减小光学头罩的温度,进而提高受气动光传输效应和气动热辐射效应影响综合影响下高速飞行器的成像质量。为校正气动光学效应提供了一种新的方法。以归一化的阻力系数、波像差和辐照度随光学头罩的二次项系数的变化规律为依据建立光学头罩的综合性能评价函数,为光学头罩的选型和优化提供了一种新的依据。获得了飞行参数对气动光学效应的影响规律,为合理规划光学头罩成像制导路径提供了依据。流场和光学侧窗联合气动光传输效应研究。切向喷流冷却是一种常用的降低光学侧窗温度的方法。当制冷气体喷射时,流场的结构以及光学侧窗的温度分布将变的更加复杂。建立了适用于流场和任意形状的光学侧窗的联合气动光传输效应数学模型,对该计算模型进行了精度验证。通过建立的数学模型,仿真计算了采用喷流制冷校正气动光学效应后,高速飞行器的成像质量。结果表明气动热辐射效应与光学侧窗的温度有关,喷流制冷可以有效的降低光学侧窗的温度,从而减弱气动热辐射效应对成像质量的影响。而气动光传输效应与光线传播的光程差有关。喷射的制冷气体可能导致流场和光学侧窗的折射率梯度增大,光线通过流场和光学侧窗后光程差增大,进而导致气动光传输效应对成像质量的影响增强,图像退化更加严重。