对临近空间飞行器所处空间独特的热环境及其热控过程的特殊性进行分析讨论。针对临近空间飞行器热设计过程的关键环节、有效载荷的散热方式和散热效果,进行实例分析及计算比较,结合飞行器内部有效载荷和能源系统的功耗情况与热控要求,提出一套飞行器的热设计流程,建立相应的临近空间飞行器热设计模型。本文旨在建立临近空间飞行器的热设计方法,提升临近空间飞行器的热管理水平。

第 3卷第 5期 1 21 0 0年 5月

宇航学报 J u n lo to a tc o r a fAsrn uis

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临近空间热环境分析及低速飞行器的热设计方法 马伟，宣益民，韩玉阁 (京理工大学热能工程教研室，南京 2 0 9 )南 1 0 4

摘

要：对临近空间飞行器所处空间独特的热环境及其热控过程的特殊性进行分析讨论。针对临近空间飞

行器热设计过程的关键环节、效载荷的散热方式和散热效果，行实例分析及计算比较，合飞行器内部有效载有进结

荷和能源系统的功耗情况与热控要求，出一套飞行器的热设计流程，立相应的临近空间飞行器热设计模型。提建 本文旨在建立临近空间飞行器的热设计方法，升临近空间飞行器的热管理水平。提

关键词：临近空间；飞行器；热环境；热设计 中图分类号：V 3 . 211 文献标识码：A 文章编号：10—3 8 2 1 )5 17—6 0 01 2 (0 0 0—2 20

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已经作了一些的仿真计算

和试验研究，立』建

了气囊蒙皮的热力学模型，飞行器在上升过程中对 气囊蒙皮的热应力进行了仿真分析。但是，总体上

随着科学技术的迅猛发展和未来信息化作战概 念的不断演化，临近空间” 2“ ( 0~10k高度的高 0 m空)这一人类过去较少涉足的空域，战略价值逐渐其

讲，处于临近空间飞行器的热管理与设计的研究对 仍显不足，尤其对于飞行器舱内有效载荷的热管理方法与系统热设计方法的研究显得相对较少，目前国内外尚无公开的文献报道。本文在对临近空间热环境特性分析的基础上，出临近空间飞行器的热提设计流程，建立临近空间飞行器的热设计模型，最后

受到关注，同时，临近空间飞行器凭借其综合能力较 强、费用相对较低等优点，为各国争相研发的热成点。近年来，内外对临近空间 2国 0~3 m高度范 0k 围内的飞行器开展了广泛的研究

j随着临近空。

间飞行器应用技术的发展，大功耗的电子设备、讯通设备等有效载荷在飞行器上的应用日趋广泛，了为 保障设备的正常工作，须做好相应的热控措施。必 然而，于临近空间独特的气温、压等环境因由气

就飞行器热控过程中的关键问题作理论分析及实例 计算，建立临近空间飞行器的热设计方法。并 1热设计依据

素¨, J使得临近空间飞行器的热控措施既不同于通常的航空飞行器，也不同于大气层外卫星等航天器。 临近空间飞行器舱内设备的散热问题是在这个空域的飞行器系统设计的一个重要问题，系到大功率关

1 1特殊的空间热环境特性 .

在 2 m以下的近地空间， 0k气温和气压随海拔高度的增加逐渐降低，而在临近空间范围内，高浓度 勺

臭氧吸收大量的空问紫外线使气温随海拔高度的j 升而迅速增加，千米高度约能升温 2,每℃而气压亦陡 海拔高度的增加逐渐降低。如图 1所示， 0 m高在2 k 度处，气温一5℃, 7大气压力约 50 a而在 5 m高 50P, 0k度处，气温升至一 q, 3C大气压力降至 8 a 0P。

电子设备和高功率密度有效载荷在临近空间飞行器上的应用与可靠运行，在很大程度上影响着临近也 空间飞行器技术的发展。

临近空间飞行器的热设计工作包括飞行器气囊 蒙皮的热分析部分和舱内有效载荷的热控管理部

临近空间上方大气稀薄，占整个大气层内大约气重量的 5,蒸气、 O等对长波吸收强的物质%水 C,

分。对于飞行器气囊蒙皮的热力学分析，究人员研

收稿 1期：0 90—2修回日期：0 91.3 3 20.92; 20.02