臨近空間浮空器熱特性及熱控制研究.pdf

1、臨近空間浮空器具有滯空時間長、低成本和可重復(fù)使用等優(yōu)點，在軍事和民用領(lǐng)域都具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ虼私陙韲鴥?nèi)外對其開展了大量的研究。由于浮空器是依靠浮升氣體產(chǎn)生浮力升空的飛行器，常具有很大的外型尺寸，這使得其熱特性對其所處熱環(huán)境極為敏感。浮空器熱特性直接影響氣囊內(nèi)部氣體密度，對氣體壓力和質(zhì)量都有著重要的影響，進而影響浮空器的運動及控制，因此熱特性研究對于浮空器極其重要。此外，為了滿足載荷艙內(nèi)儀器設(shè)備的正常工作，必須對其進行熱控制，這也是

2、浮空器技術(shù)的一個重要組成部分。因此，開展浮空器熱特性及熱控制方面的研究對浮空器技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。
　　基于上述認識，本文圍繞著浮空器熱特性及熱控制的一些問題開展研究，主要工作和成果如下：
　　(1)建立了臨近空間浮空器的運動及熱力學(xué)模型，編寫了仿真計算程序。用該程序?qū)Χc懸停時浮空器的熱特性進行了計算，研究了蒙皮輻射物性參數(shù)以及浮空器體積對浮空器內(nèi)部氣體溫度及蒙皮溫度的影響。
　　(2)采用計算所得蒙皮溫度

3、分布作為邊界條件，利用Fluent軟件編寫UDF對浮空器內(nèi)部自然對流進行了數(shù)值模擬和研究，利用計算所得結(jié)果對現(xiàn)有的計算浮空器內(nèi)部自然對流的模型進行了評價和分析，確定了最合適的計算公式。
　　(3)對水蒸氣冷凝對浮空器在上升過程中的運動及熱特性的影響進行了比較全面的計算和研究，分別對初始充入空氣相對濕度為0、10％、50%和100%四種情況下浮空器的運動及熱特性進行了計算和分析，同時還對恒定升速下水蒸氣冷凝對浮空器熱特性影響進行了計

4、算。研究結(jié)果表明，水蒸氣冷凝對浮空器運動及熱特性的影響很大，對囊內(nèi)氣體溫度、壓力、密度、浮空器所受浮力以及運動特性等都會產(chǎn)生影響。
　　(4)對浮空器載荷艙熱控系統(tǒng)進行了質(zhì)量評估和分析，并針對臨近空間特殊環(huán)境提出新的熱控系統(tǒng)方案，同時還對空氣循環(huán)熱控系統(tǒng)中的重要部件——風(fēng)冷式冷板進行了數(shù)值模擬研究，同時對相變冷板也進行模擬，對不同飛行高度下冷板的傳熱特性進行了計算和分析。
　　(5)對冷凝器設(shè)計所需用到的管內(nèi)冷凝傳熱關(guān)聯(lián)式進