大型無人機(jī)整體熱環(huán)境三維動態(tài)仿真分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和未來戰(zhàn)爭觀念的變化，世界各國越來越重視無人機(jī)的發(fā)展與研究。對長航時大型無人機(jī)而言，飛行速度慢，外表面受到高空低溫氣流影響，在為機(jī)載電子設(shè)備提供散熱通道的同時，低溫可能對電子設(shè)備、油箱及燃油系統(tǒng)產(chǎn)生危害。以往的飛行器熱分析主要針對有環(huán)控設(shè)備的載人飛行器，分析機(jī)載設(shè)備的熱環(huán)境及提供目標(biāo)紅外特性所需的蒙皮溫度場，而長航時大型無人機(jī)在關(guān)注上述問題的同時，需解決蒙皮、燃油及燃油系統(tǒng)面臨的低溫問題。
　　本文以大型

2、無人機(jī)熱環(huán)境為研究背景，分析無人機(jī)內(nèi)外熱環(huán)境共同作用下的傳熱機(jī)制特性，建立流場和結(jié)構(gòu)耦合傳熱模型，開展不同條件下艙內(nèi)多體耦合系統(tǒng)三維非穩(wěn)態(tài)熱分析，對不同熱邊界作用下發(fā)動機(jī)艙及設(shè)備艙復(fù)雜流固耦合換熱、飛行過程中燃油消耗導(dǎo)致熱沉動態(tài)變化的傳熱問題進(jìn)行研究，主要內(nèi)容包括：
　　(1)基于網(wǎng)絡(luò)法的設(shè)備艙內(nèi)多體耦合系統(tǒng)三維非穩(wěn)態(tài)熱分析。針對不同特點的設(shè)備艙內(nèi)封閉系統(tǒng)和典型儀器設(shè)備，建立艙內(nèi)多體耦合系統(tǒng)及設(shè)備單體的熱網(wǎng)絡(luò)分析模型。通過將不同條

3、件下蒙皮外表面高速對流換熱系數(shù)分布及對應(yīng)的當(dāng)?shù)亟^熱溫度作為浮動第三類邊界條件，導(dǎo)入到Sinda/Fluint軟件中建立函數(shù)關(guān)系式，實現(xiàn)內(nèi)、外熱耦合，進(jìn)行系統(tǒng)三維非穩(wěn)態(tài)傳熱計算。分析飛行過程中，航空器艙內(nèi)儀器、設(shè)備及氣流溫度場的變化規(guī)律，了解設(shè)備發(fā)熱、對流、導(dǎo)熱、輻射對艙內(nèi)熱環(huán)境的影響程度，以及各傳熱方式作用的影響；獲得高功率密度設(shè)備的溫升特性和控制因素，以及蒙皮與艙內(nèi)系統(tǒng)傳熱特性及其熱狀態(tài)對艙內(nèi)熱環(huán)境的影響。
　　(2)基于控制容

4、積法的發(fā)動機(jī)艙內(nèi)復(fù)雜形體的三維非穩(wěn)態(tài)熱分析。建立了飛行器發(fā)動機(jī)艙復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)流氣動對流換熱計算模型，通過將外部熱環(huán)境視為第三類浮動的熱邊界條件，實現(xiàn)內(nèi)、外熱環(huán)境耦合，采用ANSYS-CFX軟件進(jìn)行發(fā)動機(jī)艙三維非穩(wěn)態(tài)輻射-對流耦合傳熱計算，分析影響蒙皮及艙內(nèi)結(jié)構(gòu)溫度的主要因素。
　　(3)基于熱網(wǎng)絡(luò)法的燃油熱沉動態(tài)變化三維非穩(wěn)態(tài)傳熱分析。建立了飛行過程中燃油消耗導(dǎo)致熱沉動態(tài)變化的傳熱計算模型，采用分層動態(tài)網(wǎng)格處理燃油消耗導(dǎo)致的容積變化