论文部分内容阅读
无人机作为一个复杂的现代化高科技系统,其整体热环境受到气动对流换热、太阳辐照、环境辐射和内部多传热方式耦合换热等多个因素的综合影响,而每个具体因素又与飞行高度、马赫数、几何外形、材料物性和内部结构布局等方面密切相关。准确计算飞机的整体动态温度场,进行方案验证阶段的热控热分析涉及到传热学、流体力学、气体动力学和计算数学等多门学科的交叉。随着大型高空无人机的研制需要及目标红外隐身技术的应用需求,目前通过商用软件对飞机的整体温度场进行仿真模拟是一种非常可靠和经济的方法。本文以某型高空无人机的整体热环境为研究对象,通过建立其外流场气动热分析模型与舱内多体耦合换热分析模型,开展不同飞行状态下的整体动态温度场计算分析,对内外热环境耦合作用下的飞机整体动态温度场计算方法、典型发热设备与发动机舱动态温度场变化规律、航空燃油消耗问题和基于具体试验数据的热模型修正进行了研究,主要内容包括:(1)内外耦合热分析数理模型的建立通过分析高空无人机内外热环境共同作用下的飞机整体传热机制特性,综合考虑了机载设备各项异性导热特点与航空燃油动态消耗问题,建立了某型无人机外部气动对流换热分析模型与舱内多体耦合换热模型。(2)整体三维动态温度场计算分析采用ANSYS CFX软件通过有限体积法对飞机外部气动对流换热作用进行了计算分析,将不同飞行条件下蒙皮表面绝热壁温与强制对流换热系数作为浮动的热边界条件,以函数关系式的形式导入Sinda/Fluint软件中的舱内多体耦合换热模型,通过热网络法实现内外热环境耦合作用下的系统整体三维动态热分析。研究了在飞行过程中舱内典型发热设备及发动机舱的温度场变化规律,对考虑航空燃油消耗问题的油箱温度场进行了分析。(3)基于试验数据的热网络模型修正分析热网络模型中不同参数对机载设备动态温度场的的影响程度大小,并依据舱内部分发热电子设备动态温度场的数值计算结果与具体试验数据之间的对比,分析出现偏差的主要原因,以此为基础设定了具体的热网络模型修正方案,完成了无人机热网络模型的修正,减小了数值计算与试验数据间的偏差。通过上述研究,为飞机等大型系统的热控热分析及热模型修正方法提供了相关的参考依据。