本文關鍵詞：平流層飛艇溫度及紅外輻射特性研究

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【摘要】：臨近空間飛行器(平流層飛艇)的紅外輻射探測能夠全天實時超視距識別與跟蹤目標,是一種非常有效的監(jiān)測方法。本文建立了一套平流層飛艇溫度及紅外輻射特性仿真系統(tǒng),能夠模擬不同形狀的飛艇在不同環(huán)境條件下的溫度分布及紅外輻射。本文首先建立了飛艇環(huán)境模型；其次通過Monte-Carlo方法計算飛艇的輻射傳遞系數(shù),考慮飛艇表面自身輻射、太陽直接和間接輻射、地球和大氣紅外輻射、大氣散射輻射、飛艇與周圍環(huán)境的強迫對流換熱、飛艇內部自然對流換熱、內載荷因素的影響,建立飛艇溫度計算模型,并對飛艇溫度場進行數(shù)值計算；然后在溫度計算模型基礎上,考慮飛艇自身輻射、空間軌道外熱流等的影響,建立了飛艇紅外輻射計算模型；進而通過FORTRAN編程實現(xiàn)飛艇紅外輻射特性計算；并且將計算結果與FLUENT軟件模擬結果對比,驗證模型的可靠性；最后對影響飛艇溫度及紅外輻射特性的主要因素進行了相關分析。仿真實驗結果表明：飛艇的紅外輻射強度在日照區(qū)時比在陰影區(qū)時高；不同時刻、不同部位飛艇溫度及紅外輻射差異明顯；飛艇3-5μm及8-12μm的紅外輻射特性亮度有明顯差異；飛艇不同部位的溫度及紅外輻射影響因子不同,如在太陽能電池板區(qū)域,太陽能電池板吸收率、效率及發(fā)射率是主要影響因子,而非太陽能電池板區(qū)域,本體太陽吸收率及發(fā)射率是主要影響因素。此外,為了方便用戶操作,本文基于Windows Visual Studio2012軟件開發(fā)平臺設計了可視化交互界面,開發(fā)了飛艇紅外輻射特性集成軟件。
【關鍵詞】：平流層飛艇 溫度場 紅外輻射 軟件集成
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V274
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 符號和縮略詞說明9-12
• 1 緒論12-18
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 國內外飛艇溫度及紅外輻射特性研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 實驗研究14-15
• 1.2.2 數(shù)值方法15-17
• 1.3 課題研究內容17-18
• 2 飛艇環(huán)境模型的建立18-23
• 2.1 太陽輻射模型18-20
• 2.1.1 太陽赤緯與時角18
• 2.1.2 太陽位置18-20
• 2.2 大氣環(huán)境模型20-21
• 2.3 氦氣模型21-23
• 3 飛艇溫度與紅外輻射計算建模23-34
• 3.1 飛艇溫度計算模型23-27
• 3.1.1 飛艇溫度控制方程23
• 3.1.2 飛艇邊界條件23-27
• 3.1.3 控制方程數(shù)值解法27
• 3.2 蒙特卡洛法計算輻射傳遞系數(shù)27-32
• 3.2.1 發(fā)射點模型29-30
• 3.2.2 光線投射方向模型30-31
• 3.2.3 光線跟蹤模型31
• 3.2.4 坐標系的確定31-32
• 3.2.5 輻射傳遞系數(shù)的統(tǒng)計計算32
• 3.3 飛艇紅外輻射特性模型32-34
• 3.3.1 飛艇自身紅外輻射32-33
• 3.3.2 飛艇面元反射輻射33-34
• 4 飛艇溫度及紅外輻射特性計算分析34-58
• 4.1 飛艇與環(huán)境熱交換模型的方法性驗證34-36
• 4.1.1 飛艇溫度計算模型驗證34-35
• 4.1.2 飛艇與臨近空間稀薄氣體間的對流換熱模型的方法驗證35-36
• 4.2 球形飛艇計算結果36-41
• 4.2.1 熱氣球幾何模型及軌道參數(shù)36
• 4.2.2 熱氣球溫度36-40
• 4.2.3 熱氣球紅外輻射特性40-41
• 4.3 柱形飛艇計算結果41-45
• 4.3.1 柱形飛艇的幾何模型與軌道參數(shù)41
• 4.3.2 柱形飛艇溫度41-44
• 4.3.3 柱形飛艇紅外輻射特性44-45
• 4.4 橢球形飛艇計算結果45-58
• 4.4.1 飛艇幾何模型與軌道參數(shù)46
• 4.4.2 飛艇溫度分布46-56
• 4.4.3 飛艇紅外輻射特性56-58
• 5 飛艇熱輻射特性仿真計算集成軟件58-66
• 5.1 軟件概述58
• 5.2 軟件使用說明58-66
• 6 結論及展望66-68
• 6.1 結論66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-71

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本文編號：1070283