平流层浮空器热特性及其热力学效应数值仿真研究

发布时间：2021-05-18 19:32

　　平流层浮空器是一种大尺寸、柔性、充气结构的“热飞行器”,其热特性呈周期性变化且受制因素较多,并会对结构设计、蒙皮选型和飞行控制产生不同程度的影响。因此,热特性是平流层浮空器安全飞行的基础。平流层浮空器的热特性与平流层热环境和蒙皮性质密切相关,并会对其结构产生热力学效应,也会影响其能源系统设计。鉴于此,本文从平流层浮空器的热特性及其热力学效应开展研究,主要工作如下:首先,对平流层浮空器所处的光、热和大气环境进行分析。对大气、太阳辐射、长波热辐射和强迫对流等模型进行了分析比较,建立和选用了相应的大气模型、太阳辐射模型、天空和地面的红外辐射模型以及强迫对流换热关联式。其次,进行了平流层浮空器的热特性研究和能源系统设计。分析了平流层常规飞艇、平流层太阳能飞艇和超压气球的传热机理,建立了相应的热平衡模型,模拟了其热特性变化,分析了影响其热特性的因素。提出了一种平流层飞艇能源系统的热-电耦合设计优化方法,分析了光伏电池的热控制,表明低太阳辐射吸收率的空间用光伏电池更适合平流层飞艇的使用。最后,研究了平流层浮空器的热力学效应。进行了平流层浮空器的内流场计算,表明自然对流只影响浮升气体的换热,而不影响... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 浮空器简介
    1.3 平流层浮空器热特性研究进展
    1.4 平流层飞艇能源系统研究进展
    1.5 本文的主要研究内容
2 平流层热环境分析
    2.1 大气模型
    2.2 平流层风场
    2.3 太阳辐射模型
        2.3.1 太阳空间位置
        2.3.2 太阳辐射分量
    2.4 红外辐射
        2.4.1 天空红外辐射
        2.4.2 地面红外辐射
    2.5 强迫对流
    2.6 本章小结
3 平流层浮空器热模型和热特性
    3.1 平流层浮空器传热机理
        3.1.1 平流层飞艇传热机理
        3.1.2 超压气球传热机理
    3.2 平流层浮空器热模型
        3.2.1 平流层飞艇热模型
        3.2.2 超压气球热模型
    3.3 程序编制及模型验证
    3.4 平流层浮空器热特性
        3.4.1 平流层飞艇热特性
        3.4.2 超压气球热特性
    3.5 本章小结
4 平流层飞艇能源系统热-电耦合设计优化
    4.1 计算方法
    4.2 计算参数及方法验证
    4.3 热影响分析和热控方案
    4.4 优化结果
    4.5 本章小结
5 平流层浮空器热力学效应研究
    5.1 前言
    5.2 内流场分析
        5.2.1 几何参数
        5.2.2 控制方程
        5.2.3 数值方法和边界条件
        5.2.4 网格生成
        5.2.5 内流场特性
    5.3 外流场计算
    5.4 热-流-固分析
        5.4.1 计算条件
        5.4.2 平流层飞艇变形的昼夜变化
        5.4.3 蒙皮热弹性对平流层飞艇变形的影响
        5.4.4 全流场热流固耦合分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3194361