临近空间飞艇保形升空过程热运动特性研究

为了掌握双气囊临近空间飞艇升空过程中因保形需要而导致的复杂的热运动特性,文章建立了飞艇升空过程中的热平衡模型与运动模型,对某双气囊飞艇的保形升空过程进行仿真研究,获得了临近空间飞艇升空过程中轨迹与温度的变化规律。结果表明:临近空间飞艇保形升空时,升空速度呈现先降低后升高的变化趋势;受升空过程中氦气囊膨胀对外做功的影响,内部气体“过冷”现象明显,“过冷”最高可达20K;当飞艇升至驻空高度附近时,内部气体温度快速上升;受净浮力影响,飞艇的升空时间与充气质量呈反比;受夏至日太阳辐射投影面积的影响,飞艇升空过程中俯仰角越大,虽然阻力系数减小,但辐射得热降低,造成整体升空时间增加;气囊超压设置越大,飞艇升空时间越长。研究成果对临近空间飞艇的升空与运行控制具有一定的指导作用。

平流层气球热动力学仿真

针对平流层气球的热动力学仿真问题,提出一个可以计算升空轨迹、速度变化以及气球蒙皮温度分布的综合模型.主要分析了气球基本热力学行为和受力状况,建立气球动力学和运动学方程,以计算升空过程的轨迹和速度变化.通过将气球蒙皮分割成若干面元,研究了蒙皮面元瞬态能量平衡方程,以计算气球蒙皮温度分布.在热力学、动力学和运动学分析的基础上,建立气球综合热动力学仿真模型.引入实测风场数据,计算在实际风场条件下,平流层气球升空和驻留阶段任意时刻的热力学特性.