平流层浮空器驻空时间长,成本较低且应用前景广泛。由于平流层大气稀薄,因而浮空器的外形一般都较大,对外部热环境非常敏感。平流层强烈的太阳辐射和较差的对流换热极大地影响着浮空器蒙皮表面和囊体内部温度场,大的昼夜温度差会导致浮空器内部气囊的体积和压力发生变化,影响浮空器的浮力和蒙皮的应力水平,从而改变其平衡高度,飞行轨迹以及浮空器的外形。长期驻空期间,浮空器蒙皮与内部填充气体之间的热平衡研究能够促进平流层浮空器总体及分系统设计,以及操控方面的发展,保证其稳定性和可控性。因此,为平流层浮空器建立一套完整准确的热模型,进行其热特性的分析,具有非常重要的研究意义和应用价值。本文以平流层浮空器为研究对象,围绕其在长期驻空期间表面蒙皮以及内部填充气体的热模型以及热力学特性,进行了一系列的研究。论文的主要工作及成果如下:(1)建立了蒙皮及内部填充气体的瞬态热力学方程,通过有限拆分法形成了一套完整的平流层浮空器瞬态热特性模型。分析了浮空器所处大气环境,影响热源及换热方式,建立了大气环境模型,太阳短波辐射模型,长波辐射模型以及对流换热模型,并分别给出了适用于不透明蒙皮材料浮空器以及半透明蒙皮材料浮空器的热力学计算方法。为使所建立的热模型能够适用于不同类型的浮空器,将浮空器蒙皮表面离散化处理,用分布参数法建立了浮空器蒙皮热力学方程,用集中参数法,建立了浮空器内部填充气体的热力学方程。(2)对所建立的模型及其求解方法的可靠有效性进行了验证。首先给出了浮空器驻空阶段热分析流程。根据相关文献选取了算例的初始参数,并为在保证结果准确性的前提下提高计算效率,分析了网格无关性以及时间步长无关性。最后通过与相关研究的试验数据进行比较分析,对所建立的模型及其求解方法的可靠有效性进行了验证。(3)分析了典型时刻的浮空器相关参数分布,并建立了平流层浮空器热特性的简化模型。首先分析了每日正午12时及夜间24时,各个热源以及相关参数在浮空器表面的分布情况及变化趋势。然后对比了不同热源对浮空器热特性影响贡献占比,分析出对浮空器热特性影响极小的热源。最后建立了浮空器热特性简化计算模型,并通过与完整模型的对比分析验证了简化模型的可靠性。(4)分析了平流层浮空器的热敏感因素。首先从理论上分析了可能对浮空器热特性造成影响的因素,然后分别计算了在不同驻空高度、季节、浮空器所处位置的经纬度、云层覆盖情况、空速、内部填充气体种类、浮空器尺寸以及表面蒙皮厚度等9种影响因素的作用下,浮空器表面蒙皮温度及内部填充气体温度的变化情况,分析得到了影响浮空器热特性的主要敏感因素及其影响规律,为今后浮空器热特性的工程计算提供了有效的参考价值。