本文關(guān)鍵詞：平流層飛艇溫度及紅外輻射特性研究

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【摘要】：臨近空間飛行器(平流層飛艇)的紅外輻射探測能夠全天實(shí)時(shí)超視距識(shí)別與跟蹤目標(biāo),是一種非常有效的監(jiān)測方法。本文建立了一套平流層飛艇溫度及紅外輻射特性仿真系統(tǒng),能夠模擬不同形狀的飛艇在不同環(huán)境條件下的溫度分布及紅外輻射。本文首先建立了飛艇環(huán)境模型；其次通過Monte-Carlo方法計(jì)算飛艇的輻射傳遞系數(shù),考慮飛艇表面自身輻射、太陽直接和間接輻射、地球和大氣紅外輻射、大氣散射輻射、飛艇與周圍環(huán)境的強(qiáng)迫對(duì)流換熱、飛艇內(nèi)部自然對(duì)流換熱、內(nèi)載荷因素的影響,建立飛艇溫度計(jì)算模型,并對(duì)飛艇溫度場進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；然后在溫度計(jì)算模型基礎(chǔ)上,考慮飛艇自身輻射、空間軌道外熱流等的影響,建立了飛艇紅外輻射計(jì)算模型；進(jìn)而通過FORTRAN編程實(shí)現(xiàn)飛艇紅外輻射特性計(jì)算；并且將計(jì)算結(jié)果與FLUENT軟件模擬結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證模型的可靠性；最后對(duì)影響飛艇溫度及紅外輻射特性的主要因素進(jìn)行了相關(guān)分析。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：飛艇的紅外輻射強(qiáng)度在日照區(qū)時(shí)比在陰影區(qū)時(shí)高；不同時(shí)刻、不同部位飛艇溫度及紅外輻射差異明顯；飛艇3-5μm及8-12μm的紅外輻射特性亮度有明顯差異；飛艇不同部位的溫度及紅外輻射影響因子不同,如在太陽能電池板區(qū)域,太陽能電池板吸收率、效率及發(fā)射率是主要影響因子,而非太陽能電池板區(qū)域,本體太陽吸收率及發(fā)射率是主要影響因素。此外,為了方便用戶操作,本文基于Windows Visual Studio2012軟件開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)了可視化交互界面,開發(fā)了飛艇紅外輻射特性集成軟件。
【關(guān)鍵詞】：平流層飛艇 溫度場 紅外輻射 軟件集成
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V274
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 符號(hào)和縮略詞說明9-12
• 1 緒論12-18
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外飛艇溫度及紅外輻射特性研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 實(shí)驗(yàn)研究14-15
• 1.2.2 數(shù)值方法15-17
• 1.3 課題研究內(nèi)容17-18
• 2 飛艇環(huán)境模型的建立18-23
• 2.1 太陽輻射模型18-20
• 2.1.1 太陽赤緯與時(shí)角18
• 2.1.2 太陽位置18-20
• 2.2 大氣環(huán)境模型20-21
• 2.3 氦氣模型21-23
• 3 飛艇溫度與紅外輻射計(jì)算建模23-34
• 3.1 飛艇溫度計(jì)算模型23-27
• 3.1.1 飛艇溫度控制方程23
• 3.1.2 飛艇邊界條件23-27
• 3.1.3 控制方程數(shù)值解法27
• 3.2 蒙特卡洛法計(jì)算輻射傳遞系數(shù)27-32
• 3.2.1 發(fā)射點(diǎn)模型29-30
• 3.2.2 光線投射方向模型30-31
• 3.2.3 光線跟蹤模型31
• 3.2.4 坐標(biāo)系的確定31-32
• 3.2.5 輻射傳遞系數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算32
• 3.3 飛艇紅外輻射特性模型32-34
• 3.3.1 飛艇自身紅外輻射32-33
• 3.3.2 飛艇面元反射輻射33-34
• 4 飛艇溫度及紅外輻射特性計(jì)算分析34-58
• 4.1 飛艇與環(huán)境熱交換模型的方法性驗(yàn)證34-36
• 4.1.1 飛艇溫度計(jì)算模型驗(yàn)證34-35
• 4.1.2 飛艇與臨近空間稀薄氣體間的對(duì)流換熱模型的方法驗(yàn)證35-36
• 4.2 球形飛艇計(jì)算結(jié)果36-41
• 4.2.1 熱氣球幾何模型及軌道參數(shù)36
• 4.2.2 熱氣球溫度36-40
• 4.2.3 熱氣球紅外輻射特性40-41
• 4.3 柱形飛艇計(jì)算結(jié)果41-45
• 4.3.1 柱形飛艇的幾何模型與軌道參數(shù)41
• 4.3.2 柱形飛艇溫度41-44
• 4.3.3 柱形飛艇紅外輻射特性44-45
• 4.4 橢球形飛艇計(jì)算結(jié)果45-58
• 4.4.1 飛艇幾何模型與軌道參數(shù)46
• 4.4.2 飛艇溫度分布46-56
• 4.4.3 飛艇紅外輻射特性56-58
• 5 飛艇熱輻射特性仿真計(jì)算集成軟件58-66
• 5.1 軟件概述58
• 5.2 軟件使用說明58-66
• 6 結(jié)論及展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-71

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