平流层飞艇具有驻空时间长、空间分辨率高、系统成本低、可重复使用等优势,在对地观测、侦察预警、通信导航等方面有广泛的应用前景,是当前空天领域的研究热点。平流层大气密度低、环境温度低、太阳辐照强烈、对流换热较弱,由此带来的超热超压问题给平流层飞艇设计和应用带来诸多挑战,严重影响平流层飞艇的结构安全性和高度保持的稳定性,已成为制约平流层飞艇长期驻空的核心技术之一。本文主要从平流层飞艇驻空热建模、热特性影响因素和超热应对措施分析等方面进行研究,主要工作及成果如下:基于平流层飞艇长期驻空过程的热力学环境特征,考虑太阳电池影响,建立了较为完善的平流层飞艇三维热模型,包括太阳辐射模型、红外辐射模型、外部对流换热模型、内部对流换热模型和太阳电池传热模型。通过与文献试验数据对比,验证了热模型的准确性,为平流层飞艇驻空热特性的研究奠定了理论基础。计算得到了平流层飞艇正球形艇体驻空过程中蒙皮温度和内部氦气平均温度的昼夜变化规律,并分析了蒙皮热物性参数和飞行工况对飞艇热特性的影响。计算结果表明:平流层飞艇昼夜驻空条件下存在明显的超热现象,基于当前飞艇蒙皮典型参数,正球形艇体昼夜最大超热量达到约43K;当太阳辐射吸收率从0.4减小到0.1时,氦气的最高温度降低了26K;当蒙皮的红外辐射发射率从0.6增大到0.9时,氦气最高温度减低了4.7K;当蒙皮内表面的发射率从0.6增到0.9时,氦气的最高温度仅升高0.1K;当空速从0增到20m/s时,氦气的最高温度降低了21.6K;驻空高度为18km增到22km,氦气最高温度升高了8.8K;飞艇在春分时艇内氦气的最高温度为260.7K,夏至为259.7K,冬至为260.7K。综上,蒙皮的太阳辐射吸收率和空速对正球形艇体热特性影响较大,蒙皮内表面的红外辐射发射率和季节影响较小,降低蒙皮太阳辐射吸收率、增大飞艇空速可有效降低平流层飞艇的最大超热量。计算得到了平流层飞艇流线形艇体驻空过程中蒙皮温度和内部氦气平均温度的昼夜变化规律,并分析了太阳电池参数、蒙皮热物性参数和飞行工况对飞艇热特性的影响。结果表明:太阳电池对平流层飞艇热特性影响较大,基于当前飞艇蒙皮的典型参数,流线形艇体在考虑太阳电池影响情况下内部氦气最大超热量达到约57.7K,比不考虑太阳电池影响情况下飞艇最大超热量增大约12.1K;当太阳电池太阳辐射吸收率从0.6增到0.9时,氦气最高温度增加了7.2K;与不考虑太阳电池相比,当太阳电池的热阻为0.0001m~2K/W时,最大超热量增大8.1K,铺太阳电池加剧飞艇的超热;当太阳电池的热阻为1m~2K/W时,最大超热量降低1K,铺太阳电池可减缓飞艇最大超热,太阳电池铺装面积对飞艇超热影响较小;夏至日氦气温度最高262.3K,冬至日氦气最高温度为255.6K。综上,隔热热阻较小时,太阳电池加剧飞艇超热,太阳电池铺装面积越大,超热越严重,隔热热阻较大时,太阳电池减缓飞艇超热,太阳电池铺装面积对飞艇超热影响相当小;蒙皮的太阳辐射吸收率和空速对流线形艇体热特性影响较大,蒙皮内表面的红外辐射发射率较小;飞艇不同朝向条件下的最大超热量基本相同。基于对平流层飞艇热特性的认知,提出了外表面金属镀层、太阳电池散热风道、内部空气隔层、昼夜差异化抗风设计等四种超热应对措施,并对其有效性进行了仿真分析。结果表明:采用蒙皮外表面镀铝层设计后,正球形艇体内部氦气最大超热量降低约10.9K,考虑太阳电池影响时流线形艇体氦气最高温度降低约5.7K;采用太阳电池散热风道后,当散热风道中风速为40m/s时,氦气最高温度降低了6.3K;采用昼夜差异换抗风,与昼夜平均抗风10m/s相比,当白天坑风20m/s夜晚抗风0m/s时,正球形艇体艇内内部氦气最大超热量可降低约9.6K,流线形艇体考虑太阳电池时可最大超热量降低约16.6K;而内部空气隔层方案,在本文计算中,仅当正球形艇体采用空气囊包裹氦气囊的布局时能使得飞艇最大超热量降低,降低了3.4K。综上,采用外表面金属镀层、增设太阳电池散热通道和昼夜差异化抗风措施可有效降低平流层飞艇驻空过程的最大超热量,对于内部空气隔层方案则需进一步研究分析。通过理论分析和数值仿真研究,对平流层飞艇长期驻空过程的热特性及相关影响因素进行了较为深入、细致的分析,研究结果可为平流层飞艇总体设计和热控设计提供参考和依据。