[发明专利]带太阳能电池的高空气球平飞过程平均温度计算方法

摘要

本发明提供了一种带太阳能电池的高空气球平飞过程平均温度计算方法，其根据高空气球飞行参数、高空气球设计参数、高空气球球体材料特性参数、太阳能电池特性参数及电池隔热材料特性参数，计算大气环境参数及高空气球热环境参数，并基于高空气球几何特征及传热模式，将高空气球划分为多个节点，建立各节点的能量微分方程，通过求解高空气球多节点的能量微分方程组，计算高空气球平飞过程各节点平均温度数据。本发明在带太阳能电池的高空气球结构设计、材料选择、飞行试验规划、规避潜在危险等方面具有指导意义，可以提高带太阳能电池的高空气球设计一次成功率，缩短带太阳能电池的高空气球设计周期，降低带太阳能电池的高空气球设计成本。

主权项

1.一种带太阳能电池的高空气球平飞过程平均温度计算方法，其特征在于，包括：S1，根据高空气球飞行任务需求，计算高空气球飞行参数及高空气球设计参数；S2，测量高空气球球体材料特性参数、太阳能电池特性参数及电池隔热材料特性参数；S3，计算高空气球大气环境参数及高空气球热环境参数；S4，基于高空气球几何特征及传热模式，将高空气球划分为多个节点，建立各节点的能量微分方程；S5，根据高空气球球体材料特性参数和太阳能电池特性参数，联立求解高空气球多节点的能量微分方程组，计算高空气球平飞过程各节点平均温度数据；其中，所述多个节点包括太阳能电池、高空气球球体上半部分被太阳能电池覆盖的部分、高空气球球体上半部分未被太阳能电池覆盖的部分、高空气球球体下半部分和高空气球内氦气，其中，所述太阳能电池的能量微分方程为：其中，TS为太阳能电池平均温度，t为时间，AS为太阳能电池面积，ρS为太阳能电池面密度，cS为太阳能电池比热容，QS_D为吸收太阳直接辐射热量，QS_Atm为吸收大气散射辐射热量，QS_IR_Atm为吸收大气长波辐射热量，QS_IR为对外界环境长波辐射热量，QS_Conv为与外界环境对流换热热量，QS_Cond是通过隔热层与高空气球球体上半部分的传导换热热量；高空气球球体上半部分被太阳能电池覆盖的部分的能量微分方程为：其中，TEnup_S为高空气球球体上半部分被太阳能电池遮盖的部分平均温度，AEnup_S为太阳能电池的面积，ρ为高空气球球体材料面密度，c为高空气球球体材料比热容，QEnup_S_IR为与高空气球球体下半部分长波辐射换热热量，QEnup_S_ConvI为与高空气球内氦气对流换热热量，QEnup_S_Cond为通过隔热层与太阳能电池的传导换热热量；高空气球球体上半部分未被太阳能电池覆盖的部分的能量微分方程为：其中，TEnup_R是高空气球球体上半部分未被太阳能电池遮盖的部分平均温度，AEnup_R是高空气球球体上半部分未被太阳能电池遮盖的部分面积，ρ为高空气球球体材料面密度，c为高空气球球体材料比热容，QER_D是吸收太阳直接辐射热量，QER_Atm是吸收大气散射辐射热量，QER_IR_Atm是吸收大气长波辐射热量，QER_IR_E是对外界环境长波辐射热量，QER_IR_I是与高空气球球体下半部分长波辐射换热热量，QER_ConvE是与外界环境对流换热热量，QER_ConvI与高空气球内氦气对流换热热量；高空气球球体下半部分的能量微分方程为：其中，TEndown是高空气球球体下半部分平均温度，AEndown＝A/2是高空气球球体下半部分面积，ρ为高空气球球体材料面密度，c为高空气球球体材料比热容，QEnd_Atm是吸收大气散射辐射热量，QEnd_G是吸收地面反射辐射热量，QEnd_IR_Atm是吸收大气长波辐射热量，QEnd_IR_G是吸收地面长波辐射热量，QEnd_IR_E是对外界环境长波辐射热量，QEnd_IR_I是与高空气球球体上半部分长波辐射换热热量，QEnd_ConvE是与外界环境对流换热热量，QEnd_ConvI是与高空气球内氦气对流换热热量；高空气球内氦气的能量微分方程为：其中，THe是高空气球内氦气平均温度，mHe是氦气质量，cp，He是氦气定压比热容，VHe是氦气体积，PHe是氦气压力；QHe_Enup_S是与高空气球球体上半部分被太阳能电池遮盖的部分对流换热热量，QHe_Enup_R是与高空气球球体上半部分未被太阳能电池遮盖的部分对流换热热量，QHe_Endown是与高空气球球体下半部分对流换热热量。