探空湿度传感器空间飞行姿态和加热模型研究.pdf

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1、28传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第1期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)01-0028-04探空湿度传感器空间飞行姿态和加热模型研究许超，张颖超，孙宁(1．南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京210044；2．南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏南京210044)摘要：为计算出探空湿度传感器随气球上升过程中在空间的飞行姿态和测量周期，应用了一种计算流体动力学方法。首先，建立五种

2、传感器间距模型，获得最优的传感器间距。其次，建立四种飞行姿态，通过观察传感器的壁面剪切应力大小，确定最优的飞行姿态角。最后，利用瞬态分析，仿真出0~32km高空的加热时间和冷却时间，从而确定测量周期。仿真结果表明：在入口风速8m／s，次流入口为10m／s时，最优的间距为3．5—6mm。传感器的俯仰角为45。时，壁面剪切应力较大，故较为理想的俯仰角为43。一48。。传感器的测量周期采用0．53W的加热功率和温度降幅为超环境温度12℃所对应的时间。关键词：探空仪；双加热湿度传感器；CFD仿真；高空湿度；飞行姿

3、态中图分类号：TN304文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)01-0028-04Research0nspaceflightattitudeandheatingmodeln1●l●l●J0tS0UnnlnghumldltVSenS0rXUChao，ZHANGYing．chao．SUNNing(1．SchoolofInformationandControl，NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology，Nanjing210044，Chi

4、na；2．CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters．NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology，Nanjing210044，China)Abstract：Inordertocalculateflightattitudeinspaceandmeasurementperiodofsoundinghumiditysensorrisingwit

5、hballoon，anapproachbasedoncomputationalfluiddynamicsisproposed．Firstly，fivekindsofsensorintervalmodelsareestablished，toobtaintheoptimalsensorinterva1．Secondly，fourkindsofflightattitudesareset，togaintheoptimalflightattitudeanglebyobservingthewallshearstres

6、sofsensors．Finally，simulateheatingandcoolingtimeofhighattitudefrom0to32kmbyusingtransientanalysis，therebydeterminemeasurementperiod．Simulationresultsshowthattheoptimumintervalis3．5～6mmwheninletvelocityis8m／sandsecondinletvelocityis10m／S．Whenthesensorpitch

7、ingangleis45。，wallshearstressismuchlarger，asaresult，idealpitchingangleis43。48。．Measurementperiodofthesensoristhetimewhenheatingpoweris0．53Wandthesensortemperatureexceedenvironmenttemperatureby12℃．Keywords：radiosonde；heatedtwinhumiditysensor；CFDsimulation；

8、humidityinhighaltitude；flightattitude0引言很难在湿敏薄膜中渗透，影响了测量精度；2)太阳辐射会当前数值气候预测模型强烈依靠于海平面到高空使湿度传感器温度上升，而温度对湿度的测量会产生一定32km的气候条件，但由于高空中复杂的光学过程和动力学的影响，故湿度测量会有一定的误差。为了解决上述问题，过程造成了各测量元器件的非线性误差，这就需要对大DaiChing—Liangl2设计了一种最高可加热