高空气象气球上升段建模与试验研究

摘要

高空气象探测气球主要用于气象预报的原始数据探测任务,其一次性使用而不需回收的工作方式有别于现今主流的用于临近空间科学试验探测的超压气球或零压气球.其原因在于,高空气象气球采用橡胶蒙皮,材料的可伸缩性导致气球在上升膨胀的过程中体积、压力、温度等参数的变化规律更加复杂.针对于此,本文在传热方面,建立了全面的考虑太阳辐射、地面反射、红外辐射、对流换热等多种因素的模型.在动力学方面,改进了以往只考虑位置变化的三自由度模型,建立了考虑姿态变化的六自由度的动力学模型,同时通过结合充气试验,研究气球内部超压与自身体积变化的关系建立了气球膨胀模型.通过数值仿真结果与气球放飞试验数据对比,验证了模型的适用性,为更加精确的预测气球上升段的轨迹提供了理论支撑.