江 京，慎利峰

(中国电子科学研究院，北京 100041)

0 引言

高空飞艇在平流层飞行时受太阳辐射和周围热环境的影响，会出现白天内部温度升高、夜晚内部温度降低的热物理现象，进而引起高空飞艇囊体内外压差的变化。如果这些变化大于设计允许值，高空飞艇就不能够完成在平流层高度定点的任务使命。关于高空飞艇的热分析国内外已经发表了很多文章，但由于各种原因所得结果都大相径庭，而且在分析受热物体时只考虑了受热流动的氦气而忽略了囊体和太阳能电池的热效应。

对于高空飞艇系统总体设计来说，得到相对准确的高空飞艇平均温度差随时间变化的最大值是十分重要的。在《美国空军2010～2030科学技术展望》中提到高空飞艇的众多技术挑战中就包括支撑这类系统的热管理技术。对于高空飞艇受太阳辐射时飞艇内部产生的超温超压规律仿真研究和实物验证试验数据是高空飞艇系统总体设计和高空飞艇热管理系统设计的重要依据。

目前国内外所发表的文章和应用软件大多数是采用流体热单元算法。在多数有限元流体分析软件中也没有壳热单元的应用，在多数气球类仿真计算中往往因为飞艇囊体很薄而忽略其质量和热容作用。根据高空飞艇内部的氦气重量与高空飞艇的囊体重量相比约为1∶1的实际情况，囊体和囊体涂层的热容量及热辐射将会影响到艇内氦气的热平衡仿真计算结果。这是由于太阳辐射热先直接作用在太阳能薄膜电池、囊体涂层及囊体上，太阳能薄膜电池和囊体涂层及囊体受热以后才传递到艇内氦气及艇外周边的空气。……