[发明专利]带太阳能电池的平流层飞艇平飞过程平均温度计算方法

权利要求书

1.一种带太阳能电池的平流层飞艇平飞过程平均温度计算方法，其特征在于，包括：

S1，根据飞艇飞行任务需求，计算飞艇飞行参数及飞艇设计参数；

S2，测量艇体材料特性参数、太阳能电池特性参数及电池隔热材料特性参数；

S3，计算飞艇大气环境参数及飞艇热环境参数；

S4，基于飞艇几何特征及传热模式，将飞艇划分为多个节点，建立各节点的能量微分方程，其中，所述多个节点包括太阳能电池、飞艇艇体上半部分被太阳能电池覆盖的部分、飞艇艇体上半部分未被太阳能电池覆盖的部分、飞艇艇体下半部分和飞艇内氦气；

S5，根据艇体材料特性参数和太阳能电池特性参数，联立求解飞艇多节点的能量微分方程组，计算飞艇平飞过程各节点平均温度数据。

2.根据权利要求1所述的温度计算方法，其特征在于，所述飞艇飞行参数包括飞艇飞行时间、飞艇飞行地点经度Lon、飞艇飞行地点纬度Lat、飞艇飞行海拔高度h和飞艇飞行空速v；

所述飞艇设计参数包括飞艇体积V、飞艇长度L、飞艇最大直径D、飞艇表面积A和太阳能电池面积A_S。

3.根据权利要求2所述的温度计算方法，其特征在于，所述艇体材料特性参数包括艇体材料表面吸收率α、艇体材料表面发射率ε、艇体材料面密度ρ和艇体材料比热容c；

所述太阳能电池特性参数包括太阳能电池效率η、太阳能电池表面吸收率α_S、太阳能电池表面发射率ε_S、太阳能电池面密度ρ_S和太阳能电池比热容c_S；

所述电池隔热材料特性参数包括隔热材料厚度δ_{S_I}和隔热材料导热系数λ_{S_I}。

4.根据权利要求3所述的温度计算方法，其特征在于，所述飞艇大气环境参数包括飞艇飞行海拔高度h处的大气温度T_Atm、大气压力P_Atm和大气密度ρ_Atm，

其中，大气温度T_Atm的数学表达式为：

大气压力P_Atm的数学表达式为：

大气密度ρ_Atm的数学表达式为：

所述飞艇热环境参数包括飞艇辐射热环境参数和对流换热环境参数，所述飞艇辐射热环境参数包括太阳直接辐射热流q_{D_S}、大气散射太阳辐射热流q_{A_S}、地面反射太阳辐射热流q_{G_S}、大气长波辐射热流q_{A_IR}和地面长波辐射热流q_{G_IR}，

所述太阳直接辐射热流q_{D_S}的数学表达式为：

q_{D_S}＝I₀·τ_Atm，

其中，I₀为大气层上界太阳辐射强度，τ_Atm为太阳直接辐射衰减系数；

所述大气散射太阳辐射热流q_{A_S}的数学表达式为：

q_{A_S}＝k·q_{D_S}，

其中，k为大气散射系数；

所述地面反射太阳辐射热流q_{G_S}的数学表达式为：

q_{G_S}＝I_Ground·r_Ground·τ_{IR_G}，

其中，I_Ground为抵达地球表面太阳直接辐射强度，r_Ground为地球表面反射系数，τ_{IR_G}为地球表面辐射衰减系数；

所述大气长波辐射热流q_{A_IR}的数学表达式为：

其中，σ为辐射常数，T_Atm为大气温度；

所述地面长波辐射热流q_{G_IR}的数学表达式为：

其中，T_Ground为地面温度，ε_Ground为地面发射率；

所述对流换热环境参数包括飞艇与外部环境的对流换热系数h_Ex、飞艇与内部氦气的对流换热系数h_In，

飞艇与外部环境的对流换热系数h_Ex的数学表达式为：

其中，Nu_Ex为飞艇与外部空气的对流换热努赛尔数，λ_Air为空气导热系数；

飞艇与内部氦气的对流换热系数h_In的数学表达式为：

其中，Nu_In为内部自然对流换热努赛尔数，λ_He为氦气导热系数。