某航空相机载荷舱热分析与热设计.pdf

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1、航天返回与遥感第35卷第3期76SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2014年6月某航空相机载荷舱热分析与热设计李春林王贵全赵振明(北京空间机电研究所，北京100094)摘要航空相机的热控设计需要解决流动与传热的耦合问题。文章提出某航空相机载荷舱在复杂飞行环境中上升、巡航、下降全过程的热分析及热设计方法：确定载荷舱热分析数据流，采用专业热分析软件、流体计算软件计算辐射外热流、气动外热流，以及等效对流换热系数沿壁面分布情况及与马赫数的变化关系。将热环境赋予载荷舱热分析模型，通过热分析软件与自开发程序迭代对载荷舱两个极端工况进行了仿真分析。结果表明，据此设计的

2、光学窗口内表面温度高于露点温度10℃以上，得到的载荷舱热分析结果满足热控指标要求，热设计方案合理可行。关键词载荷舱热分析热设计航空相机中图分类号:V245.6文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)03-0076-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.03.010ThermalAnalysisandDesignofanAerialCameraPodLIChunlinWANGGuiquanZHAOZhenming(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,Chin

3、a)AbstractFlowsimulationandthermalanalysisshouldbeintegratedinaerialcamerathermaldesign.Inthispaper,thermalanalysisandthermaldesignmethodaregivenforanaerialcamerapodincomplexenviron-mentofitsascending,cruisinganddescendingprocesses.Firstly,thethermalenvironmentofaerialcamerapodisanalysedbasedon

4、thedataflow,includingradiationheatfluxcalculatedbysoftwareRadCAD,aerodynamicheatflux,andeffectiveconvectionheattransfercoefficientsvsMachnumbers(Ma)alongtheexteriorsurfacecalculatedbysoftwareFLUENT.Subsequently,thermalenvironmentisputintotheentirepodmodel,withtwoextremeconditionssimulatedthroug

5、hself-developedcodecoupledwithSINDA/Fsoftware.Finally,basedontheanalysisabove,thetemperatureoftheinterioropticalwidowis10℃higherthanthedewpointtemperatureofthehumidair.Inaddition,thethermalanalysisresultsofentireaerialcamerapodcansatisfytherequirement,andthethermaldesignmethodisfeasibleandreaso

6、nable.Keywordsaircraftpod;thermalanalysis;thermaldesign;aerialcamera0引言[1]目前，航空相机一般常用于大型侦察机、无人机的航拍任务，未来也将在临近空间飞行器上发挥巨大的应用价值。作为航空相机、电子设备与外界环境的边界与屏障，载荷舱直接接触复杂大气环境，[2-3]对航空相机的成像品质和寿命起着决定性的作用。目前的研究主要集中于工作在平流层内的浮空器及对流层内的航空器载荷舱的热分析，如：文献[4]建立了平流层飞艇的热分析模型，侧重于浮空器蒙皮光学特性的设计；文献[5]建立了热平衡模型，对比了采用热空气、氢气作为工质的浮

7、空器的质量及寿命；收稿日期：2014-01-22第3期李春林等:某航空相机载荷舱热分析与热设计77文献[6，7]建立了机载电子舱的空气环控系统及光学窗口下降过程结露瞬态模型；文献[8，9]对飞行速度Ma=0.7、外部空气环境温度–56℃的航空相机主光学系统进行了热设计。然而，对工作在对流层，载荷舱外壁面对流换热、摩擦引起的气动加热分布不均，以及载荷舱光学窗口防结露等引入的热控问题，目前的研究较为匮乏。本文首先建立载荷舱热分析数据流，针对某航空相机载荷舱构建