低空大型飞艇热环境数值模拟及试验研究

发布时间：2020-05-07 14:54

【摘要】：飞艇是一种利用轻质气体(氢气或氦气)浮力升空作业的飞行器,具有工作时间长,载重性能高,成本相对较低,对环境友好等优势,目前在军事监控,环境监测,通信等领域发挥着重要的作用。本文以一种低空浮升一体化飞艇为研究对象,通过理论研究、CFD计算等方法,研究了不同工况下浮空器的热特性,为浮空器的设计提供了一定理论依据。本文针对一种重载浮升一体化飞艇进行了热特性研究,并分析了飞艇的传热行为。根据所购买的近五年国内五个典型城市的气象数据和标准大气模型建立了海拔0~3000m的低空环境模型,并编辑软件实现查询功能。通过理论推导建立了对流换热模型和辐射传热模型。通过实验测得了四种蒙皮材料的热物性参数(热导率,比热容,可见光吸收率,红外吸收率和发射率)。借助CFD软件FLUENT,以上述研究得到的环境参数、辐射参数和材料物性参数为边界条件,对飞艇内、外流场,温度场进行耦合计算。对飞艇在时间(不同时刻,不同季节)、空间(不同城市,不同海拔)以及不同蒙皮材料物性参数等工况下进行了数值模拟和热特性分析。发现在夏至日正午,外部蒙皮温差较大,可达60K以上;内置氦气囊温差较小,在15K左右;冬至日外部蒙皮温差较小,在正午达到36K,内置氦气囊温差在10K以下;我国不同地区夏至日温度差异较小,而冬至日高纬度地区温度低于低纬度地区;海拔0~3000m以内,随着海拔的升高,各项温度降低,降幅约15K。为定量分析各因素对浮空器热特性的影响程度,设计正交试验,并采用极差分析法分析实验结果,研究了外界风速、蒙皮材料吸收比和发射率对飞艇热特性(外部蒙皮材料平均温度(?)_外和内置氦气囊平均温度)的影响程度。采用逐步回归分析法,建立了外界风速、蒙皮材料吸收比和发射率与飞艇热特性之间的数学模型。为进一步验证数值模拟的正确性,设计了一种缩比实验台,验证风速和太阳辐射对飞艇热特性的影响,为后续研究打下基础。
【图文】：

传热行为,飞艇

第二章数值模拟模型的建立飞艇内部气体的浮力为主要升力的飞行器，生相应的变化。飞艇在定点监视、巡航、升空，气流、太阳辐射等）的变化，会引起蒙皮压力和内置氦气囊外形也会发生变化，影响为，并介绍了相应的环境模型，对流换热模介绍，为后续应用 CFD 软件 FLUENT 做中的传热方式是由热传导，对流换热和辐射如图 2.1 所示，飞艇与周围大气环境之间的、地面反射辐射、太阳散射辐射、地球长波换热）；飞艇内部的换热形式是辐射传热（自然对流换热）。飞艇蒙皮的换热形式是热

示意图,美国标准,垂直廓线,大气温度

图 2.2 美国标准大气温度垂直廓线示意图hip of atmospheric temperature and altitude in U.S.Sta理想气体方程为依托，计算得到了海平面的研究是基于此大气模型，，但是此模型忽略了境参数的影响。我国气象部门通过比较标准的气象观测站台，发现该模型与我国北纬 45纬度地区差异较大。如下表 2.2 所示为从中哈尔滨、敦煌、清迈、青岛和武汉）2017 年准大气模型与哈尔滨（北纬 45.75°）环境。2.2 五个城市夏至日与标准大气模型地表环境参数nvironmental parameters between five cities and the stmodel
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V274

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