平流层飞艇驻空过程热结构耦合特性

考虑太阳辐射、红外辐射、内外对流换热和太阳电池传热影响,建立了平流层飞艇驻空热模型,考虑薄膜褶皱和充气状态特征,建立了平流层飞艇囊体结构有限元模型。在模型验证基础上提出基于分区耦合策略的热结构耦合计算方法,对平流层飞艇昼夜驻空过程的热结构耦合特性进行仿真分析,得到典型飞行工况下囊体温度、变形和应力分布及随时间变化规律。计算结果表明:太阳辐射和太阳电池传热特性对囊体温度分布、变形和应力影响较大,在设计工况条件下,太阳电池铺设边界处最大温差达到60K,昼间囊体顶部最大径向位移达到1.5m,太阳电池铺设边界处最大轴向和环向应力分别约为82MPa和140MPa。在夜间囊体压差较小的情况下,囊体中部出现明显褶皱变形,囊体水平对称面以下部位褶皱幅值达到1.1m,对平流层飞艇结构性能有重要影响。

平流层超压气球长期驻空热特性分析

以超压气球驻空过程为研究对象,综合考虑太阳辐射、长波辐射、对流换热等因素对超压气球热特性的影响,建立超压气球三维热模型,通过数值仿真对驻空期间球体蒙皮与内部浮升气体热力学特性进行研究,得到温度昼夜变化和分布规律;分析了蒙皮热物性参数、外部对流速度等因素对内部浮升气体超热程度的影响,结果超压气球驻空期间存在明显的超热现象,且以上因素均对超热程度均产生影响,且影响程度不同。研究为超压气球驻空飞行性能和热控设计提供参考依据。

基于多层节点模型的平流层浮空器热力学分析

基于两节点热力学模型,研究多层节点模型的平流层浮空器热特性分析方法.对美国国家航空航天局的超长航时气球的仿真结果表明:多层节点模型可给出囊体不同部位的温度分布及氦气温度随时间的变化规律;高空气球囊体顶部和底部的昼夜温差明显小于平流层飞艇内氦气的昼夜温差;高纬度飞行时的氦气温差更小,降低驻空高度可降低氦气温度.研究结果对平流层浮空器热控设计具有重要的参考价值.

太阳电池对平流层飞艇热特性的影响分析

研究太阳电池对平流层飞艇驻空阶段热特性的影响。建立了太阳电池热模型、平流层飞艇热分析模型,包括热平衡方程、太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射、地球长波辐射、蒙皮长波辐射、对流换热等;采用多节点模型,对平流层飞艇在驻空期间太阳电池、蒙皮与艇内氦气温度变化过程进行了数值模拟,得到了温度昼夜变化规律;分析了太阳电池(含隔热结构)的等效面积热阻、转换效率、铺装面积对平流层飞艇热特性的影响,得到了其温度昼夜变化规律。本文为平流层飞艇热性能分析和热控系统设计提供依据。