1。2 平流层飞艇的发展概况

1。2。1 国外平流层飞艇发展概况

1。2。2 国内平流层飞艇发展概况

1。3 本文主要研究工作和创新点

由于平流层飞艇在升空过程中要从对流层升至平流层，经历了周围环境的一系 列变化，其中包括热变化以及压力变化。在经历了大气环境参数的变化之后，平流 层飞艇自身的温度也将随着大气环境温度的变化而变化。因为平流层飞艇气囊中的 气体是飞艇浮升力的主要来源，在经历了周围环境中的压力、风速、温度等环境参 数的变化以及地球反照辐射、太空-云层红外辐射等辐射的变化，特别在经历了跨昼 夜温差较大的情况下，飞艇气囊中的气体将受到很大影响，会导致气囊中气体温度 不均、受力不均，进而引起浮升力的变化。在升空阶段，这些变化将直接影响到定 点悬浮的难度。其中最为重要的因素之一便是温度：一是当周围环境温度升高而飞 艇状态不变情况下，飞艇的受的浮力减小，飞艇高度降低；另一种影响是超热会引 起氦气膨胀从而使飞艇浮力突然增大（超冷会使浮力降低），这使得飞艇在平稳运 行时产生一个较大的波动。飞艇蒙皮以及内部浮升气体的热平衡控制是飞艇研究过 程中一个非常关键的问题，太阳辐射、反照辐射、太阳能电池和其他装置废热加热 艇囊，这些影响了浮升气体的体积变化并导致复杂的热力学状况。因此，对飞艇进 行热分析和热控制是非常有必要的[5]。本文以多用途平流层平台为研究背景，将对 平流层飞艇的蒙皮、气体的温度变化展开研究。在详细分析飞艇所处环境、受力、 传热传质情况的基础上，建立飞艇的空间运动和热传递模型。通过对方程求解、计 算等，获得飞艇在上升、下降过程中膜、内部氦气、内部空气温度随时间的变化规 律。文献综述

主要研究内容包括:

（1）详细分析飞艇所处环境特性、运动过程中传热传质的流程。

（2）建立平流层飞艇的空间运动学方程和热传递模型。

（3）通过对方程求解、计算，获取飞艇在整个上升、下降过程中膜、内部氦 气、内部空气温度、高度、速度随时间的变化规律。

第二章 飞艇的结构及其基本设计参数

2。1 飞艇的结构来,自.优;尔:论[文|网www.youerw.com +QQ752018766-

平流层飞艇主要由艇体（蒙皮）、尾翼、舱、动力装置（太阳能电池）和控制 阀门组成。舱体的气囊内充入比空气轻的氦气，氦气作为浮升气体主要用来产生净 升力。动力装置主要用来推进平流层飞艇，飞艇中动力装置的主要能量来源于太阳 能电池。尾翼主要起到稳定、控制、改变飞艇飞行方向的作用。舱用来承载负荷， 如人或货物等。飞艇的升降调整有多种方法，如通过对气囊充气或放气改变气囊中 的气体量、通过抛掉水或沙袋等压舱物来减轻舱体重量或通过利用艇体或翼面的气 动升力等方法。而对于大多数试验的目标艇来说，多采用充放氦气来实现升空和回 收过程。平流层飞艇艇体由主气囊和副气囊组成。气囊不仅要求密封，还需要有相 当强度能承受一定的压强，气囊上装有安全活门，压强超过规定值时能自动放气保 证气囊不被胀破。主气囊内充浮升气体，副气囊内充空气。副气囊的作用是在不排 放囊内氦气的条件下，保持主气囊内外压强差为定值。当飞艇上升过程中，外界大 气压强降低时，副气囊放气使主气囊增大容积，从而保持主气囊原来的内外压强差。 而当外界大气压强增大时，向副气囊内充气使它膨胀，从而压缩主气囊的容积，使 主气囊的压强仍能保持略高于外界大气压强。设置四个小主气囊还可调节浮力中心 的位置（在建模过程中考虑简化模型我们把四个小主气囊视为一个整体）