FY-3D卫星高光谱温室气体监测仪热控设计及在轨验证

FY-3D卫星高光谱温室气体监测结构布局紧凑，在较小尺寸空间内布置有8个镜头组件、12台电子设备和3台电机。内热源数量众多，光学镜头控温精度要求高，热控功耗及散热面资源紧张，使热控系统设计难度较大。基于热管理、辐射间接热控、辐射冷却及结构热控协同优化设计等多种思路对监测仪热控系统进行设计，有效解决热控难题。入轨后监测仪历经了多个工况模式切换，在轨温度数据表明，所有工况模式下各部组件温度都满足指标要求，且光学镜头温度稳定度较高，在正常工作模式下，干涉仪关键件最大温度波动在±0.15℃以内，其他光学镜头组件最大温度波动在±0.45℃以内，且无论整轨待机模式还是正常工作模式，基于热管理的2组电子设备散热系统都无需消耗热控功耗，实现了多热源复杂机制下高精度控温及节能热设计。      

基于在轨温度测量数据的整星结构尺寸稳定性分析

针对高精度测绘卫星结构尺寸稳定性这一关键性问题，基于在轨温度测量数据，利用热分析模型和在轨温度变化规律，提出了卫星结构在轨温度场的反演方法。基于卫星结构在轨温度场反演数据，提出了针对载荷安装面法向夹角的拟合计算方法和夹角稳定性短期、长期指标的预示方法。根据该方法，给出了高分七号卫星在轨初期1个月内的结构稳定短期指标和长期指标预示结果，并对短期稳定性预示结果进行了统计分析。结果表明，各载荷安装面短期稳定性分析结果满足指标要求，相关分析方法可为同类航天器的结构热变形分析提供参考。     

基于Fluent的电液泵流场与温度场有限元分析

介绍三相异步电机-轴向柱塞式电液泵(EHP)的集成结构与工作原理,计算电液泵机械损耗,在Ansoft软件中建立电液泵电机模型,仿真分析电液泵的电磁损耗,并在此基础上建立有限元耦合模型,借助Fluent软件仿真分析液压油在壳体内腔的流动与温度分布状态,以及关键零部件的温度分布。有限元分析结果表明,液压油可以在流道内充分流动,并且额定工作状态下,当进口液压油温度为35℃时,电机定子最高温度不超过58℃,转子最高温度不超过40℃,散热效果好于传统电动机-泵组。针对定子内部温度较高的现象,研究了定子四周打4个直径10 mm的通孔后的温度分布情况,并与打孔前进行了对比,结果表明,打孔后电机定子最高温度降低了0.6℃,局部区域温度降低超过3℃,散热效果改善明显。     

激光通信终端主体热设计与热分析

激光通信终端主体作为一种新兴的信号传输载体,工作时光学器件发热量大,对温度均匀性和稳定性要求高,给热设计带来挑战.针对载荷的工作特性和外部空间环境规律,对单机产品进行热设计:针对大功率发热元器件散热采用导热板+热管的途径进行散热,并对关键部件实现高精度控温措施.通过Thermal Desktop热分析软件对极端工况进行数值模拟,计算结果表明,激光通信终端主体温度场满足设计要求,热设计方案合理可行.     

柔性太阳电池阵的热-结构耦合分析

采用有限元与差分组合迭代的方法,完成了柔性大面积太阳阵热-结构耦合动响应的分析工作.其中热流及温度场计算从热平衡方程出发对时间域做有限差分展开,结构动响应计算从平衡方程出发,采用Wilson-θ法,并且在时间差分上采取了相同的形式.在每一个时间步长内将结构的热流、温度、结构刚度、温度应力及位移等的计算有机地组合在一起,形成一套完整的带有连续干扰载荷的动响应计算程序系统.最后对哈勃望远镜柔性太阳阵的热-结构耦合动响应进行了计算,并且与解析结果进行了对比[1],说明了给出的理论和研制的计算程序的正确性.     

磁悬浮控制力矩陀螺热-结构耦合分析与研究

作为新型航天器姿态机动执行机构,磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)长时间工作在高真空环境下且高速转子完全悬浮,散热条件差,系统温度过高,导致陀螺组件产生较大的热应力,降低了陀螺结构部件的强度。为减小温度场对陀螺结构部件强度的影响,提高陀螺结构的可靠性,采用有限元法计算出磁悬浮控制力矩陀螺工作状态下的温度场,并基于温度场分析陀螺结构部件的应力分布情况,明确温度场对陀螺结构部件力学性能产生的影响。建立了陀螺热网络模型,根据热网络模型与热网络方程分析热量传递路径及温度影响因素,并提出相应的优化措施。经优化,定子组件最高温度从66.5℃降至49℃,转子组件最高温度从91.7℃降至76.9℃。陀螺定子组件的强度安全系数由1.52提升为1.73,提高了13.8%,陀螺转子组件的强度安全系数由1.32提升为1.56,提高了18.2%。      

大飞机乘员舱热载荷的工程估算方法

大飞机乘员舱热载荷是指当维持大飞机乘员舱内温度、湿度恒定时,单位时间内传入(或传出)的净热量,它是确定大飞机温度调节系统能力的依据.在查阅国外25种大飞机环境控制系统相关文献的基础上,提出了大飞机乘员舱热载荷的两种工程估算方法为:大飞机乘员舱热载荷与乘员数之间良好的线性关系,在确定乘员舱人数的前提下,采用工程估算模型1可以估算出乘员舱热载荷;大飞机乘员舱全舱结构壁传热系数为2.45~7.97W/(m²·℃),平均值为4.93 W/(m²·℃).在环控系统初步设计时,如有乘员舱外形和构想,采用工程估算模型2也可简便地估算出乘员舱热载荷.研究成果为大飞机的研制提供一定的理论指导.     

基于热管散热平台的热光伏系统实验研究

针对深空探测同位素电源的发展需求,设计了一套基于热管散热平台的热光伏系统,采用分离型热管实现了热光伏系统的热控要求,并实验验证了热光伏系统的热电转换性能。研究了加热功率、充液量对热管启动特性、壁面温度的影响,分析了辐射器温度、电池温度对系统电输出特性的影响,并对系统的转换效率进行了评估,结果表明：采用热管散热器可有效将半导体电池温度控制于25℃以下,在辐射器温度为1 173℃时,系统热电转换效率达到12.1%。     

基于Ansys Icepak 的负载器热设计与热分析

基于热设计的基础理论与负载器的工作原理，应用Ansys Icepak仿真软件对供配电负载器工作过程中内部散热情况进行仿真，找出负载器内部温度最高部位，指导实际测试，避免实际测试的盲目性。另外，通过优化负载器散热孔设计，降低负载器温升值。     

热开关热管在月面探测光学设备中的应用

在月面-180~+90℃的极端高低温环境下,月面探测光学设备的月昼远距离散热和月夜保温矛盾异常突出。针对设备热耗的传输、排散,以及月夜生存时的热能存留问题,利用热管工质的汽、液、固相变特性,提出一种无源热开关热管作为设备和散热面间长距离传热手段,即依据设备温度指标选择具有合适凝固点和传热能力的工质,当月昼工作期间通过热管内工质两相传热实现热量的高效收集和传输,到月夜期间冻结热管内全部工质,完全切断热管与散热面间的两相传热,维持设备温度。地面试验和在轨飞行数据表明,热开关热管凝固点附近热导比达30以上。热管工作时,7℃时传热能力大于15W,传热温差小于4℃,且能够适应着陆器±15°的倾斜,确保了嫦娥三号着陆器月基光学望远镜在轨的高性能工作。     

碳基高导热材料及其在航天器上的应用

在分析航天器对于高导热材料的需求及应用特点的基础上,将碳基导热材料分为高导热石墨扩热板和高导热柔性石墨膜,总结了其在航天器上的典型应用场景.高导热柔性石墨膜可用于复杂结构等温化设计、柔性热传输等,高导热石墨扩热板可用于大功率元器件或设备扩热与传输.针对现有柔性导热材料柔韧性差、尺寸小、厚度薄等应用瓶颈,采用固相发泡技术...     

地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计与优化

LIPS-300离子电推力器工作时产生的大量热耗会严重影响其工作性能,因此推力器的热控设计和在轨温度预计是推力器设计的关键技术之一。文章首先提出了地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计,建立了离子电推力器热分析有限元模型。然后,针对典型的地球静止轨道位保工况开展了LIPS-300离子电推力器的在轨热分析,得到了LIPS-300离子电推力器重点部件在轨工作时的温度预计：下极靴、阳极筒、屏栅、下磁钢为主要的高温位置,且下磁钢温度可能超出材料温度上限。最后,基于热分析的结果结合离子电推力器的特点提出适当增加外壳散热面积是离子电推力器优化设计的有效方向,而增强阳极筒、极靴与屏栅筒间的内部换热是无效的设计优化方向。     

管路布局方式对载人航天器辐射器散热能力的影响分析

以采取双管路并联结构的载人航天器圆筒辐射器为研究对象,建立了辐射器散热能力数值分析模型,对比分析了不同参数下,并联支路工质相同流动方向和相反流动方向两类布局方式给辐射器散热能力带来的影响,选取的参数包括管路长度、管路进口工质温度和液体工质流量。计算结果表明,在辐射器面板面积和流体回路长度相同的前提下,两类管路布局方式对应的辐射器散热能力存在不可忽视的差别。随着管路长度的增加,入口工质温度的增加,工质流量的减小,工质流向相同的辐射器散热能力越来越高于工质流向相反的辐射器。在文章的参数设定下,工质流向相同的辐射器与工质流向相反的辐射器间最大散热能力差别可达到19.5%,最小散热能力差别可达到16.7%。     

火星表面热环境对航天器热控影响分析

火星大气对太阳辐射产生吸收和散射作用，同时还将与火星表面航天器发生对流换热。热设计时难以直接评估对流、辐射和导热三种换热对航天器的影响，从而确定主要的控温途径。在调研火星表面辐射、大气等热环境的基础上，从线性化传热系数和对流辐射比的角度对比分析了辐射、对流和导热对航天器的影响。器表辐射传热系数随光学属性和温度的变化范围为0.3～1.4W/(m2·℃)，对流传热系数随风速变化为0.2～1.5W/(m2·℃)，器内导热传热系数可控制在0.25W/(m2·℃)以下。结果表明，太阳辐射较火星表面和天空辐射而言是主要外热源，航天器表面的辐射和对流换热为两条并联换热途径，两者均可成为主要换热途径，器内导热传热是控制航天器内外隔热的主要可控因素。     

特高压线路干扰下无线电罗盘测角误差分析

特高压输电线路的电晕放电是机场无方向信标台的主要干扰源之一。根据无线电罗盘的工作原理,在特高压输电线路电晕干扰条件下,通过理论推导得出了无线电罗盘测得的电台相对方位角误差。针对无方向信标台不同频率、台站与输电线路间不同的距离,对无线电罗盘受干扰影响产生的测角误差进行了仿真分析。研究表明：电晕放电干扰下,机载无线电罗盘测得的电台相对方位角误差随距离的增加而增大,随频率的增加而减小,且变化趋势由陡峭逐步趋近平稳。     

光纤陀螺系统热建模及仿真

在热状态方程的数学离散的基础上,从系统的角度出发,建立某一高精度光纤陀螺的热模型,介绍光纤陀螺电子系统热模型的建立过程,包括结构体几何模型的建立、内部热源模型的建立以及热敏光纤环体模型的建立.模型建立的方法不仅适用于研究对象,对于结构和组成类似的其他类型的陀螺也是适用的.并通过稳态热仿真研究了系统内热点分布及温度场分布;瞬态仿真分析了陀螺在常温(25.6℃)、低温(-40℃)以及高温(+60℃)环境下,启动过程中陀螺内部温度的变化,实验测试对比分析验证了模型的正确性.在此基础上得出了几个有意义的结论,这将有益于高精度光纤陀螺的工程化.      

负压式平板型环路热管试验

为解决高热流密度电子器件的散热问题,设计了一套负压式铜 甲醇环路热管,其蒸发器设计成平板型。研究表明,该平板型环路热管具有较高的散热能力,能够在无重力姿态和重力姿态下顺利启动。当重力倾角分别为0°、18°和30°,热负荷为160W时,蒸发器壁面温度分别达到85.8℃、66.3℃和64.6℃。按照环路热管启动状态,其启动过程可分为3个阶段：加热阶段、预启动阶段和后启动阶段。在低热负荷区域,环路热管会出现温度波动现象。增大重力倾角,有利于降低蒸发器壁面温度和热阻。当重力倾角为30°,热负荷从10W递增到160W时,环路热管的热阻从4.97℃/W降低到0.39℃/W。