题目：临近空间浮空器环境分析与热特性研究

浮空器是一种热的飞行器，其温度分布、热动力飞行特性与所在空间环境强烈耦合。研发能够在地球临近空间长期驻留大型浮空器，需要分析所处环境对浮空器温度和热动力特性的影响规律，建立适应各种飞行工况和时间的仿真模型。围绕以上目标，本文的研究工作主要包括以下4部分：（1）针对临近空间浮空器，分析并建立了地球大气环境模型。该模型包括太阳辐照、地面反照、地面/大气红外辐射等热辐射模型。引入了大气质量、大气清洁度、云层等气象因素。使用分层模型描述地球-大气系统的红外散射。采用有限元的方法计算地表红外热辐射。建立了大气温度、压力和密度模型。（2）临近空间浮空器蒙皮、浮升气体及吊舱的温度分布模型与仿真。建立了临近空间浮空器几何构型及等效模型。多层复合蒙皮辐射特性的计算方法。对蒙皮内表面辐射多次折返的修正方法。讨论了气体的辐射特性及杂质对换热的影响。归纳了气体热物性参数的计算方法。针对某大型高空气球（直径20m）及吊舱，分别在6种工况条件下进行了温度分布仿真。（3）临近空间浮空器热动力模型与仿真。分析了浮空器空气阻力系数的选取准则。由于大气行星波影响，推导了气球在高空飞行时的震荡频率。针对某高空大型气球（直径80m）在3种典型工况进行了热动力仿真。推导了可长期驻留在临近空间的锚气球系统的热动力学方程。（4）火星环境分析及火星气球温度分布计算。金星环境分析及金星气球热动力仿真。建立了火星环境模型。计算了火星气球表面的自然对流换热。设计了两种火星气球（体积525m3）。归纳了6种典型工况，选取其中4种对火星气球蒙皮/浮升气体进行温度仿真。建立了金星中低空大气环境模型。分别选择低于和高于原型气球设计驻留高度的地方释放金星气球（体积17m3），分别进行热动力仿真。