平流層浮空器是一種大尺寸、柔性、充氣結(jié)構(gòu)的“熱飛行器”,其熱特性呈周期性變化且受制因素較多,并會對結(jié)構(gòu)設(shè)計、蒙皮選型和飛行控制產(chǎn)生不同程度的影響。因此,熱特性是平流層浮空器安全飛行的基礎(chǔ)。平流層浮空器的熱特性與平流層熱環(huán)境和蒙皮性質(zhì)密切相關(guān),并會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱力學(xué)效應(yīng),也會影響其能源系統(tǒng)設(shè)計。鑒于此,本文從平流層浮空器的熱特性及其熱力學(xué)效應(yīng)開展研究,主要工作如下:首先,對平流層浮空器所處的光、熱和大氣環(huán)境進行分析。對大氣、太陽輻射、長波熱輻射和強迫對流等模型進行了分析比較,建立和選用了相應(yīng)的大氣模型、太陽輻射模型、天空和地面的紅外輻射模型以及強迫對流換熱關(guān)聯(lián)式。其次,進行了平流層浮空器的熱特性研究和能源系統(tǒng)設(shè)計。分析了平流層常規(guī)飛艇、平流層太陽能飛艇和超壓氣球的傳熱機理,建立了相應(yīng)的熱平衡模型,模擬了其熱特性變化,分析了影響其熱特性的因素。提出了一種平流層飛艇能源系統(tǒng)的熱-電耦合設(shè)計優(yōu)化方法,分析了光伏電池的熱控制,表明低太陽輻射吸收率的空間用光伏電池更適合平流層飛艇的使用。最后,研究了平流層浮空器的熱力學(xué)效應(yīng)。進行了平流層浮空器的內(nèi)流場計算,表明自然對流只影響浮升氣體的換熱,而不影響... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 浮空器簡介
    1.3 平流層浮空器熱特性研究進展
    1.4 平流層飛艇能源系統(tǒng)研究進展
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
2 平流層熱環(huán)境分析
    2.1 大氣模型
    2.2 平流層風(fēng)場
    2.3 太陽輻射模型
        2.3.1 太陽空間位置
        2.3.2 太陽輻射分量
    2.4 紅外輻射
        2.4.1 天空紅外輻射
        2.4.2 地面紅外輻射
    2.5 強迫對流
    2.6 本章小結(jié)
3 平流層浮空器熱模型和熱特性
    3.1 平流層浮空器傳熱機理
        3.1.1 平流層飛艇傳熱機理
        3.1.2 超壓氣球傳熱機理
    3.2 平流層浮空器熱模型
        3.2.1 平流層飛艇熱模型
        3.2.2 超壓氣球熱模型
    3.3 程序編制及模型驗證
    3.4 平流層浮空器熱特性
        3.4.1 平流層飛艇熱特性
        3.4.2 超壓氣球熱特性
    3.5 本章小結(jié)
4 平流層飛艇能源系統(tǒng)熱-電耦合設(shè)計優(yōu)化
    4.1 計算方法
    4.2 計算參數(shù)及方法驗證
    4.3 熱影響分析和熱控方案
    4.4 優(yōu)化結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
5 平流層浮空器熱力學(xué)效應(yīng)研究
    5.1 前言
    5.2 內(nèi)流場分析
        5.2.1 幾何參數(shù)
        5.2.2 控制方程
        5.2.3 數(shù)值方法和邊界條件
        5.2.4 網(wǎng)格生成
        5.2.5 內(nèi)流場特性
    5.3 外流場計算
    5.4 熱-流-固分析
        5.4.1 計算條件
        5.4.2 平流層飛艇變形的晝夜變化
        5.4.3 蒙皮熱彈性對平流層飛艇變形的影響
        5.4.4 全流場熱流固耦合分析
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻
附錄



本文編號：3194361