临近空间光学遥感器热设计

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1、第１８卷第５期光学精密工程Ｖｏｌ．１８Ｎｏ．５２０１０年５月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｙ２０１０文章编号１００４９２４Ｘ（２０１０）０５１１５９０７临近空间光学遥感器热设计吴雪峰１，２，丁亚林１，吴清文１（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）摘要：为了保证光学遥感器在平流层空间热环境中安全可靠地工作，对工作在平流层内的光学遥感器进行了热分析。分析了运行在２５ｋｍ以上空间的飞艇要经历的平流层的环境特点，包括平流层内的大气密度、温度分布等。建立了平流层光学遥感器的传热数学模型，分

2、析了遥感器的迎风面、侧面和背风面在顺风飞行和逆风飞行情况下的对流情况，计算得到在逆风飞行和顺风飞行时迎风面、侧面、背风面的对流换热系数分别为５．００９，８．２５９，３．３３Ｗ／（ｍ２·Ｋ）和２．６０９，２·Ｋ）。最后，根据稳态换热平衡方程，利用热分析软件分析了光学遥感器在两种极端工况下的温度２．９５９，１．００５Ｗ／（ｍ场分布。结果显示，采用热控措施后光学遥感器的轴向温差从１５°减小到了２．７℃，飞艇与空气的对流换热系数随着它们之间的相对速度的增大而增大。结果表明，本文采用的热控手段可以减小遥感器的温差，这为进一步开展平流层光学遥感器的热分析奠定了基础。关键词：平流层；光学遥感器；对流换

3、热中图分类号：Ｖ２４３．５；ＴＰ７３２文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１０１８０５．１１５９犜犺犲狉犿犪犾犱犲狊犻犵狀犳狅狉狀犲犪狉狊狆犪犮犲狅狆狋犻犮犪犾狉犲犿狅狋犲狊犲狀狊狅狉１，２，ＤＩＮＧＹａｌｉｎ１，ＷＵＱｉｎｇｗｅｎ１ＷＵＸｕｅｆｅｎｇ（１．犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪；２．犌狉犪犱狌犪狋犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００３９

4、，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＳｐａｃｅＯｐｔｉｃａｌＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｏｒｓ（ＳＯＲＳ）ｉｎａｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒａＳＯＲＳｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｖｅｒ２５ｋｍｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｎａｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌ

5、ｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｎｔｈｅｆｏｒｗａｒｄｆａｃｅ，ｓｉｄｅｓｕｒｆａｃｅａｎｄｒｅａｒｓｕｒｆａｃｅｏｆＳＯＲＳｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ２·Ｋ）ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｗｈｅｎｔｈｅａｉｒｓｈｉｐｓａｉｌｓａｏｎｔｈｅｔｈｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｓａｒｅ５．００９，８．２５９ａｎｄ３．３３Ｗ／（ｍ２·Ｋ）ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｗｈｅｎｔｈｅａｉｒｓｈｉｐｓａｉｌｓｂｅｆｏｒｅｇａｉｎｓｔｔｈｅｗｉｎｄ，ａｎｄ２．６０９，２．９５９ａｎｄ１．００５Ｗ／（

6、ｍｔｈｅｗｉｎｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｔｗｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｆｉｌｅｓｉｎｅｘｔｒｅｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆＩＤＥＡＳ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅａｘｉａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅＳＯＲＳａｆｔｅｒｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｈａｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ１５～２．７℃ａｎｄｔｈｅｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｈｅａｔｔｒａｎ

7、ｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆａｎａｉｒｓｈｉｐｔｏｔｈｅｗｉｎｄａｒｅｉｎ收稿日期：２００９０７０９；修订日期：２００９０９１１．基金项目：中科院长春光学精密机械与物理研究所创新工程资助项目（Ｎｏ．ＺＪ９９１３０Ｂ）１１６０光学精密工程第１８卷ｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｖｅｓｐｅｅｄｓ．Ｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓｅ