[发明专利]一种浮空器辐射热环境特性估算方法

说明书

本发明属于浮空器热环境分析领域，尤其涉及一种浮空器辐射热环境特性估算方法。包括步骤计算大气层外边界辐射强度I_sun；计算地面处太阳直射辐射强度I_d，0；计算地面处大气透过率τ_atm，0，τ_atm，0＝I_d，0/I_sun；根据地面处大气透过率τ_atm，0计算高度H处大气透过率τ_atm；根据H处大气透过率τ_atm、大气层外边界辐射强度I_sun确定高度H处太阳直射辐射强度I_d，I_d＝I_sun·τ_atm；计算高度H处地面长波辐射大气透过率τ_IR,atm；确定地表温度T_ground，并根据地面长波辐射透过率和发射率及玻尔兹曼定律确定地面长波辐射强度。本发明根据较少的测量数据估算目标场地放飞的浮空器在不同高度H处所受辐射热环境特性参数，减小了高度和地理环境给浮空器热特性计算带来的误差，在浮空器热设计、蒙皮选材、飞行试验安全等方面具有指导意义。

技术领域

本发明属于浮空器热环境分析领域，尤其涉及一种浮空器辐射热环境特性估算方法。

背景技术

浮空器是一种依靠浮升气体升空、体积巨大的低动态飞行器，在通信中继、对地观测、空间探测等领域具有广阔应用前景。浮空器升降及驻空过程中，外界热环境变化导致内部浮升气体温度变化，会影响到其内部压力、飞行控制及安全。浮空器的环境热效应主要受对流和热辐射综合影响，其中热辐射主要受太阳直射辐射和地面长波辐射的影响。不同地区热环境迥异，尤其是辐射热环境存在较大差异，以往研究中多采用通用经验模型进行估算，难以反映地区热辐射环境差异给浮空器热特性带来的影响。戴秋敏(浮空器热环境与热特性研究，南京航空航天大学博士学位论文，2014年)根据气溶胶、水汽、臭氧、二氧化碳等参数的垂直分布情况拟合了新的太阳直射辐射强度和地面长波辐射强度模型，计算精度得到了提高，但该方法测量数据种类较多，对于一些测量条件有限的区域难以实现。

发明内容

本发明目的在于，提供一种浮空器辐射热环境特性估算方法，可根据较少的测量数据估算目标场地放飞的浮空器在不同高度处所受辐射热环境参数。

为达到上述发明目的，本发明所述浮空器辐射热环境特性估算方法，包括如下步骤：

S1，计算大气层外边界辐射强度I_sun；

S2，计算地面处太阳直射辐射强度I_d，0；

S3，计算地面处大气透过率τ_atm，0，τ_atm，0＝I_d，0/I_sun；

S4，根据地面处大气透过率τ_atm，0计算高度H处大气透过率τ_atm；

S41，高度H处大气透过率τ_atm与大气质量m呈指数关系，τ_atm＝0.5[exp(-am)+exp(-bm)]；其中，a，b均为待拟合系数；

S42，将高度0处大气透过率，即τ_atm地面处大气透过率τ_atm，0带入公式τ_atm＝0.5[exp(-am)+exp(-bm)]，利用最小二乘法对地面处大气透过率τ_atm，0与大气质量m进行拟合，确定系数a，b的值；

S34，将确定的系数a，b带入公式τ_atm＝0.5[exp(-am)+exp(-bm)]，得到高度H处大气透过率τ_atm＝0.5[exp(-am)+exp(-bm)]；