随着现代科学技术的突飞猛进和未来战争观念的变化,世界各国越来越重视无人机的发展与研究。对长航时大型无人机而言,飞行速度慢,外表面受到高空低温气流影响,在为机载电子设备提供散热通道的同时,低温可能对电子设备、油箱及燃油系统产生危害。以往的飞行器热分析主要针对有环控设备的载人飞行器,分析机载设备的热环境及提供目标红外特性所需的蒙皮温度场,而长航时大型无人机在关注上述问题的同时,需解决蒙皮、燃油及燃油系统面临的低温问题。本文以大型无人机热环境为研究背景,分析无人机内外热环境共同作用下的传热机制特性,建立流场和结构耦合传热模型,开展不同条件下舱内多体耦合系统三维非稳态热分析,对不同热边界作用下发动机舱及设备舱复杂流固耦合换热、飞行过程中燃油消耗导致热沉动态变化的传热问题进行研究,主要内容包括:(1)基于网络法的设备舱内多体耦合系统三维非稳态热分析。针对不同特点的设备舱内封闭系统和典型仪器设备,建立舱内多体耦合系统及设备单体的热网络分析模型。通过将不同条件下蒙皮外表面高速对流换热系数分布及对应的当地绝热温度作为浮动第三类边界条件,导入到Sinda/Fluint软件中建立函数关系式,实现内、外热耦合,进行系统三维非稳态传热计算。分析飞行过程中,航空器舱内仪器、设备及气流温度场的变化规律,了解设备发热、对流、导热、辐射对舱内热环境的影响程度,以及各传热方式作用的影响;获得高功率密度设备的温升特性和控制因素,以及蒙皮与舱内系统传热特性及其热状态对舱内热环境的影响。(2)基于控制容积法的发动机舱内复杂形体的三维非稳态热分析。建立了飞行器发动机舱复杂结构内流气动对流换热计算模型,通过将外部热环境视为第三类浮动的热边界条件,实现内、外热环境耦合,采用ANSYS-CFX软件进行发动机舱三维非稳态辐射-对流耦合传热计算,分析影响蒙皮及舱内结构温度的主要因素。(3)基于热网络法的燃油热沉动态变化三维非稳态传热分析。建立了飞行过程中燃油消耗导致热沉动态变化的传热计算模型,采用分层动态网格处理燃油消耗导致的容积变化,采用Sinda/Fluint软件进行油箱内三维非稳态耦合传热计算,分析影响燃油温度的主要因素。通过建立大型无人机整体热环境三维动态分析模型,采用数值模拟对不同热边界作用下的发动机舱及设备舱复杂流固耦合换热问题、飞行过程中燃油消耗导致热沉动态变化的传热问题进行研究,为无人机的研制设计提供了参考依据。