浮空器气囊热特性分析研究

摘要

浮空器滞空时间长、生存能力强，在科学研究、民事、军事等领域内有广泛应用前景。浮空器气囊热特性变化关乎气囊的气密性，气囊气密性决定着浮空器的滞空时间，因此研究气囊热特性变化对浮空器设计工作有着重要作用。本文以单气囊球形浮空器为研究对象，运用理论公式计算、数值仿真模拟、试验研究等方法对不同工况下单气囊球形浮空器的气囊热特性进行了研究。
　　本文针对填充气体未泄漏气囊的热特性问题，研究了气囊在不同工况下的复杂传热行为。建立了与气囊热特性有关的大气环境模型、对流换热模型和辐射传热模型，综合考虑外界复杂环境，通过传热学公式计算出了气囊与外界环境之间的平均对流换热系数以及收到的外界辐射量。借助有限元软件FLUENT进行气囊热特性数值模拟，研究了气囊在不同工况下的热特性，分析了不同季节、不同地域、不同风速、不同气囊蒙皮材料热辐射参数以及不同海拔高度、升空过程对气囊热特性的影响规律。采用极差分析法，研究了定点高度、气囊蒙皮材料吸收率和材料发射率对气囊热特性(气囊表面平均温度最高值Tmax和表面最大温差△Tmax)的影响程度。采用逐步回归分析法，建立了定点高度、气囊蒙皮材料吸收率和材料发射率与气囊热特性之间的数学方程，为浮空器气囊热特性的理论研究提供了一种新思路。在浮空器气囊试验台进行了不同初始环境温度下气囊热特性试验，通过试验结果与同条件下数值模拟结果之间的对比，间接验证了气囊热特性数值模拟方法的可靠性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 浮空器简介

1．2 国内外浮空器的发展现状及研究进展

1．2．1 国内外浮空器的发展现状

1．2．2 国内外浮空器的研究进展

1．3 课题来源及研究内容

第二章 浮空器气囊热特性数值模拟理论基础

2．1 气囊的传热行为

2．2 大气环境模型

2．3 气囊对流换热模型

2．3．1 空气和氦气的热物性参数

2．3．2 球形气囊对流换热公式

2．4 气囊辐射模型

2．5 CFD技术介绍及FLUENT软件简介

2．5．1 CFD技术及特点

2．5．2 Fluent软件简介

2．6 本章小结

第三章 球形浮空器气囊热特性分析

3．1 气囊热特性数值模拟

3．1．1 模型建立及网格划分

3．1．2 材料设置

3．1．3 边界条件设置

3．2 定点过程模拟

3．2．1 不同季节气囊热特性变化规律

3．2．2 不同地域气囊热特性变化规律

3．2．3 不同风速时气囊热特性变化规律

3．2．4 不同蒙皮材料时气囊热特性变化规律

3．3 非定点过程模拟

3．3．1 不同定点高度时气囊热特性变化规律

3．3．2 升空过程中气囊热特性变化规律

3．4 本章小结

第四章 浮空器气囊热特性数学建模和分析

4．1 正交试验

4．2 回归分析

4．3 正交试验方案设计

4．3．1 试验结果极差分析

4．3．2 逐步回归分析

4．4 本章小结

第五章 浮空器气囊热特性试验

5．1 浮空器气囊热特性试验台

5．2 气囊热特性试验

5．2．1 试验过程

5．2．2 试验存在误差分析

5．3 试验条件下气囊热特性模拟

5．4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 主要创新点

6．3 今后工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况