随着临近空间飞行器技术的不断发展,大功耗电子设备在浮空器上的应用将是大势所趋,然而由于临近空间独特的空间热环境,使得临近空间热控系统不同地面动力设备,也不同于大气层外飞行器,因此本文结合20km高度处一种浮空器的载荷与环境情况,对该浮空器的热控系统进行详细研究。首先,对临近空间热环境特性与0～20km大气热物性参数进行归纳分析。结果表明20km高度处大气环境稳定,终年昼夜温差变化较小,并总结了0～20km空间大气的热物性参数在本文研究温度压力范围内的变化规律;随后根据浮空器载荷舱的内外环境特点建立正确的载荷舱热平衡模型,提出对流与辐射热控方案,在相同热载荷的工况下,对两种热控方案的能耗、重量、稳定性等进行分析,结果表明采用对流热控方案优于辐射热控方案。其次,对20km高空浮空器载荷舱对流热控方案进行设计与分析。在确定热控环路系统设计指标的基础上,给出满足环控指标热控系统方案的最终设计结果,并计算热控系统液侧流动阻力、空气侧风机风速为相应部件选型提供依据,给出整个热控系统高空稳定运行时乙二醇水溶液的工作点温度;接着对热控系统地面运行进行分析,得到系统地面实验运行时内外环境的必要控制条件;随后对浮空器热控系统的升空与下降进行数值模拟,结果表明文中选定的控制条件能够满足升空与下降过程中系统的环控要求;最后核算热控系统的重量与能耗,满足系统设计要求。最后,对保压舱内温度场与流场的分布进行数值模拟研究。对于保压舱内电子设备采用不同布局方案进行数值模拟,结果表明合理的布局方案能够明显的降低舱内电子设备的工作温度,从而保证设备更加稳定的工作;经过不同布局方案模拟结果的对比,选择风道方案1作为保压舱内电子设备的布局方案。
