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(shí)間長(zhǎng)、低成本和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，在軍事和民用領(lǐng)域都具有很大的發(fā)展?jié)摿?，因此近年?lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)其開(kāi)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(duì)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(duì)氣體壓力和質(zhì)量都有著重要的影響，進(jìn)而影響浮空器的運(yùn)動(dòng)及控制，因此熱特性研究對(duì)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(duì)其進(jìn)行熱控制，這也是

2、浮空器技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。因此，開(kāi)展浮空器熱特性及熱控制方面的研究對(duì)浮空器技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。
　　基于上述認(rèn)識(shí)，本文圍繞著浮空器熱特性及熱控制的一些問(wèn)題開(kāi)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(yùn)動(dòng)及熱力學(xué)模型，編寫了仿真計(jì)算程序。用該程序?qū)Χc(diǎn)懸停時(shí)浮空器的熱特性進(jìn)行了計(jì)算，研究了蒙皮輻射物性參數(shù)以及浮空器體積對(duì)浮空器內(nèi)部氣體溫度及蒙皮溫度的影響。
　　(2)采用計(jì)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(duì)浮空器內(nèi)部自然對(duì)流進(jìn)行了數(shù)值模擬和研究，利用計(jì)算所得結(jié)果對(duì)現(xiàn)有的計(jì)算浮空器內(nèi)部自然對(duì)流的模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，確定了最合適的計(jì)算公式。
　　(3)對(duì)水蒸氣冷凝對(duì)浮空器在上升過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)及熱特性的影響進(jìn)行了比較全面的計(jì)算和研究，分別對(duì)初始充入空氣相對(duì)濕度為0、10％、50%和100%四種情況下浮空器的運(yùn)動(dòng)及熱特性進(jìn)行了計(jì)算和分析，同時(shí)還對(duì)恒定升速下水蒸氣冷凝對(duì)浮空器熱特性影響進(jìn)行了計(jì)

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