李小建，关堂新，李大鹏

(1.中国电子科技集团公司第三十八研究所 浮空平台部，安徽 合肥 230088；2.海军驻合肥地区军事代表室，安徽 合肥 230088)

超压气球飞行过程热特性数值研究

李小建1，关堂新2，李大鹏1

(1.中国电子科技集团公司第三十八研究所 浮空平台部，安徽 合肥 230088；2.海军驻合肥地区军事代表室，安徽 合肥 230088)

摘要：在分析超压气球几何外形、内外热环境和受力等情况的基础上，建立了超压气球几何、热力学和运动学模型。基于该模型，对超压气球上升-驻空过程进行了仿真模拟，得到超压气球飞行高度、内部氦气温度、氦气内外超压、气球体积以及气球飞行速度随时间的变化规律。结果表明：气球在上升过程中，氦气存在严重的“超冷”现象，而在驻空过程中，出现严重的“超热”现象。升速度曲线呈“W”型变化；中午过后，随着太阳辐射的减弱，氦气温度开始下降，但驻空高度维持不变。研究结果为超压气球的设计和研究提供了重要的依据，更好地保证气球在飞行期间的运行安全。

关键词：超压气球；几何模型；热力学模型；运动模型；数值仿真

0引言

由于高空气球在空间科学研究中起着非常重要的作用，并且具有价格低廉、安排试验灵活、飞行次数多、试验周期短、姿态稳定以及易于回收等突出特点，世界上许多著名的空间机构和空间科学研究部门都拥有完善的气球技术系统，并大力开展气球科学观测[1-6]。

不同于传统开放式结构的零压气球，超压气球是一种新型的高空气球，采用高强度的薄膜材料和全新的结构设计，球体全封闭。……