平流层飞艇温度及红外辐射特性研究

发布时间：2017-10-21 00:33

  本文关键词：平流层飞艇温度及红外辐射特性研究

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【摘要】：临近空间飞行器(平流层飞艇)的红外辐射探测能够全天实时超视距识别与跟踪目标,是一种非常有效的监测方法。本文建立了一套平流层飞艇温度及红外辐射特性仿真系统,能够模拟不同形状的飞艇在不同环境条件下的温度分布及红外辐射。本文首先建立了飞艇环境模型；其次通过Monte-Carlo方法计算飞艇的辐射传递系数,考虑飞艇表面自身辐射、太阳直接和间接辐射、地球和大气红外辐射、大气散射辐射、飞艇与周围环境的强迫对流换热、飞艇内部自然对流换热、内载荷因素的影响,建立飞艇温度计算模型,并对飞艇温度场进行数值计算；然后在温度计算模型基础上,考虑飞艇自身辐射、空间轨道外热流等的影响,建立了飞艇红外辐射计算模型；进而通过FORTRAN编程实现飞艇红外辐射特性计算；并且将计算结果与FLUENT软件模拟结果对比,验证模型的可靠性；最后对影响飞艇温度及红外辐射特性的主要因素进行了相关分析。仿真实验结果表明：飞艇的红外辐射强度在日照区时比在阴影区时高；不同时刻、不同部位飞艇温度及红外辐射差异明显；飞艇3-5μm及8-12μm的红外辐射特性亮度有明显差异；飞艇不同部位的温度及红外辐射影响因子不同,如在太阳能电池板区域,太阳能电池板吸收率、效率及发射率是主要影响因子,而非太阳能电池板区域,本体太阳吸收率及发射率是主要影响因素。此外,为了方便用户操作,本文基于Windows Visual Studio2012软件开发平台设计了可视化交互界面,开发了飞艇红外辐射特性集成软件。
【关键词】：平流层飞艇 温度场 红外辐射 软件集成
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 符号和缩略词说明9-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.2 国内外飞艇温度及红外辐射特性研究现状14-17
• 1.2.1 实验研究14-15
• 1.2.2 数值方法15-17
• 1.3 课题研究内容17-18
• 2 飞艇环境模型的建立18-23
• 2.1 太阳辐射模型18-20
• 2.1.1 太阳赤纬与时角18
• 2.1.2 太阳位置18-20
• 2.2 大气环境模型20-21
• 2.3 氦气模型21-23
• 3 飞艇温度与红外辐射计算建模23-34
• 3.1 飞艇温度计算模型23-27
• 3.1.1 飞艇温度控制方程23
• 3.1.2 飞艇边界条件23-27
• 3.1.3 控制方程数值解法27
• 3.2 蒙特卡洛法计算辐射传递系数27-32
• 3.2.1 发射点模型29-30
• 3.2.2 光线投射方向模型30-31
• 3.2.3 光线跟踪模型31
• 3.2.4 坐标系的确定31-32
• 3.2.5 辐射传递系数的统计计算32
• 3.3 飞艇红外辐射特性模型32-34
• 3.3.1 飞艇自身红外辐射32-33
• 3.3.2 飞艇面元反射辐射33-34
• 4 飞艇温度及红外辐射特性计算分析34-58
• 4.1 飞艇与环境热交换模型的方法性验证34-36
• 4.1.1 飞艇温度计算模型验证34-35
• 4.1.2 飞艇与临近空间稀薄气体间的对流换热模型的方法验证35-36
• 4.2 球形飞艇计算结果36-41
• 4.2.1 热气球几何模型及轨道参数36
• 4.2.2 热气球温度36-40
• 4.2.3 热气球红外辐射特性40-41
• 4.3 柱形飞艇计算结果41-45
• 4.3.1 柱形飞艇的几何模型与轨道参数41
• 4.3.2 柱形飞艇温度41-44
• 4.3.3 柱形飞艇红外辐射特性44-45
• 4.4 椭球形飞艇计算结果45-58
• 4.4.1 飞艇几何模型与轨道参数46
• 4.4.2 飞艇温度分布46-56
• 4.4.3 飞艇红外辐射特性56-58
• 5 飞艇热辐射特性仿真计算集成软件58-66
• 5.1 软件概述58
• 5.2 软件使用说明58-66
• 6 结论及展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-71

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本文编号：1070283