一种临近空间浮空器热控系统的研究

发布时间：2017-05-13 23:04

  本文关键词：一种临近空间浮空器热控系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着临近空间飞行器技术的不断发展,大功耗电子设备在浮空器上的应用将是大势所趋,然而由于临近空间独特的空间热环境,使得临近空间热控系统不同地面动力设备,也不同于大气层外飞行器,因此本文结合20km高度处一种浮空器的载荷与环境情况,对该浮空器的热控系统进行详细研究。 首先,对临近空间热环境特性与0～20km大气热物性参数进行归纳分析。结果表明20km高度处大气环境稳定,终年昼夜温差变化较小,并总结了0～20km空间大气的热物性参数在本文研究温度压力范围内的变化规律;随后根据浮空器载荷舱的内外环境特点建立正确的载荷舱热平衡模型,提出对流与辐射热控方案,在相同热载荷的工况下,对两种热控方案的能耗、重量、稳定性等进行分析,结果表明采用对流热控方案优于辐射热控方案。 其次,对20km高空浮空器载荷舱对流热控方案进行设计与分析。在确定热控环路系统设计指标的基础上,给出满足环控指标热控系统方案的最终设计结果,并计算热控系统液侧流动阻力、空气侧风机风速为相应部件选型提供依据,给出整个热控系统高空稳定运行时乙二醇水溶液的工作点温度;接着对热控系统地面运行进行分析,得到系统地面实验运行时内外环境的必要控制条件;随后对浮空器热控系统的升空与下降进行数值模拟,结果表明文中选定的控制条件能够满足升空与下降过程中系统的环控要求;最后核算热控系统的重量与能耗,满足系统设计要求。 最后,对保压舱内温度场与流场的分布进行数值模拟研究。对于保压舱内电子设备采用不同布局方案进行数值模拟,结果表明合理的布局方案能够明显的降低舱内电子设备的工作温度,从而保证设备更加稳定的工作;经过不同布局方案模拟结果的对比,选择风道方案1作为保压舱内电子设备的布局方案。
【关键词】：临近空间飞行器 浮空器 环境控制 关键技术 热控技术
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：V227
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 临近空间浮空器热控技术研究现状13-14
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14
• 1.3 载荷舱热控技术简介14-16
• 1.3.1 主动热控技术14-15
• 1.3.2 被动热控技术15-16
• 1.4 论文提出与本文研究的主要内容16
• 1.5 本章小结16-17
• 2 平流层浮空器热环境特性研究与浮空器载荷舱热控方案分析17-30
• 2.1 平流层浮空器的热环境特性17-25
• 2.1.1 对流层环境17-18
• 2.1.2 平流层环境18
• 2.1.3 0～20km空间大气物理环境参数分析18-23
• 2.1.4 大气辐射分析23-25
• 2.2 浮空器载荷舱热控方案分析25-28
• 2.2.1 浮空器载荷舱热力学模型建立与分析25-26
• 2.2.2 载荷舱对流与辐射方案比较26-28
• 2.3 本章小结28-30
• 3 载荷舱对流热控环路系统方案设计与分析30-52
• 3.1 载荷舱设备及环控要求30-31
• 3.2 换热器芯体结构31-33
• 3.3 载荷舱换热器热设计过程33-35
• 3.3.1 外界大气参数33
• 3.3.2 载冷剂33-34
• 3.3.3 热计算方法与计算参数选取34
• 3.3.4 载荷舱换热器计算总体思路34-35
• 3.4 载荷舱热控环路系统方案设计与系统性能分析35-51
• 3.4.1 方案介绍35-37
• 3.4.2 换热器计算结果37-38
• 3.4.3 流体回路阻力计算结果38-40
• 3.4.4 泵与风机、主管路的选型40-41
• 3.4.5 载荷舱热控环路系统地面性能计算41-42
• 3.4.6 热控环路系统升空与降落性能计算42-49
• 3.4.7 热控环路系统保障措施49-50
• 3.4.8 载荷舱热控环路系统重量50
• 3.4.9 载荷舱热控环路系统耗能50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 保压舱内温度场与流场数值模拟52-64
• 4.1 保压舱与保压舱内电子设备基本参数52-53
• 4.2 FLUENT模型及求解53-54
• 4.2.1 保压舱模型53
• 4.2.2 网格划分、解算器与算法53-54
• 4.2.3 边界条件54
• 4.3 数值模拟结果与分析54-63
• 4.3.1 无风道方案布局数值模拟结果与分析55-59
• 4.3.2 风道方案数值模拟结果与分析59-62
• 4.3.3 风道方案1、2与无风道方案3数值结果对比62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 附录72-79

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