试验箱风速对航天器部件常压低温热变形试验的影响分析

文章以航天器机械臂为研究对象,采用流-热-固耦合方法仿真分析了单一送风形式下,试验箱不同送风速度对机械臂常压低温热变形的影响,并进行了试验验证。分析发现:随着送风速度的增大,机械臂表面的温度场分布更均匀且温度值更接近于设定值,从而更有利于低温热变形试验的实施;但由于存在环境噪声,必须经过静置稳定后才可以进行变形测量。此分析结果可以用于指导航天器部件常压低温热变形试验更加精确、高效地实施。     

真空低温太阳辐照环境下的天线热变形测量技术

航天器结构在轨受到空间外热流影响而产生巨大温度梯度,将导致结构热致变形,为了保证有关地面模拟考核验证的有效性,必须对在轨外热流进行尽可能真实的模拟,同时采用高精度的热变形测量手段获取航天器的结构变形数据。文章介绍了一种热变形测试试验方法,系国内首次将太阳模拟器外热流模拟法和非接触摄影测量法结合应用在某天线的地面模拟热变形测试试验中,在真实模拟天线在轨温度分布的同时精确获取了天线上大量的点云变形数据。经数据比较分析,天线变形实测数据与在轨仿真分析一致,在1.5 m口径范围内的变形测量精度优于15 μm,验证了该测试试验方法的有效性,为航天器结构的在轨热效应模拟和测试评估提供了新的试验手段。     

大型星载固面天线热变形试验及仿真分析验证

星载天线在轨运行期间所经历的复杂温度环境,会使天线产生严重的热变形,从而对其电性能造成重要影响。文章根据大型星载固面天线热变形的特点,提出热变形试验与仿真一体化分析验证方法,并且将测试结果与数值仿真结果进行相互校验。该方法可为大型星载天线结构设计及验证提供参考。     

航天器在轨全周期热变形分析方法

提出一种适应于在轨全周期热变形的分析方法,采用基于热传导算法进行"热分析模型-结构分析模型"全周期温度场映射,利用数学拟合算法开展对各类结果数据的分析,通过相关程序实现全周期多工况温度场映射、计算、数据分析的自动化。对某遥感卫星进行全周期热变形分析,结果表明:全周期温度场映射时间由天缩短至小时量级,温度场映射精度可控制在1%以内,相对于以往基于极端工况的热变形分析方法,可显著地提升分析精度与验证覆盖性,获得在轨热变形量级、全周期变化规律。文章的研究结果可为航天器热稳定设计提供参考。     

尺寸高稳定性复合材料桁架结构的研制

介绍了某卫星复合材料桁架结构的研制情况,通过材料选择、铺层设计、材料的热膨胀系数测试与分析,制造了高精度的复合材料桁架,并测量了结构的热变形。测量结果表明:采用高模量碳纤维复合材料能够制造出热变形只有微米级的高稳定结构。这是针对超稳卫星平台所需的尺寸高稳定性结构的首次成功探索。文章最后对进一步降低结构热变形、提高尺寸稳定性和测量精度提出了建议。     

卫星高精度载荷安装平台热变形隔离技术研究

针对我国高分辨率卫星对结构在轨变形的控制要求,提出了一种基于柔性连接的卫星高精度载荷安装平台热变形隔离控制方法,从理论上对该方法进行了分析,并以型号应用为背景进行了验证方案设计及试验验证。验证结果表明,在同样的加载条件下,柔性连接载荷安装基板变形相对刚性连接降低了近1个数量级,表明通过对卫星平台与有效载荷安装基板之间连接结构刚度的柔性设计,能够有效避免卫星平台结构的热变形作用于有效载荷安装基板,使得高精度载荷安装基板不致产生明显的翘曲变形,从而保证安装基板上各敏感载荷的在轨指向相对变化满足指标要求。     

空间伸展臂热应变与热变形光纤监测技术

针对空间伸展臂在热载荷作用下承载特性与形态变化的监测需求,提出了一种基于分布式光纤传感器的伸展臂结构温度、热应变以及热变形集成监测技术。借助ANSYS Workbench有限元分析软件,构建了单端热载荷作用下铝合金空间伸展臂结构热-力模型,分别得到不同局部热载荷下伸展臂轴向温度、热应变以及热变形分布与变化规律。在此基础上,提出了基于有限元分析与热传导理论的两类伸展臂轴向热变形计算方法。构建了分布式光纤传感监测系统,实时监测伸展臂若干关键位置的温度值与应变值,进而反演出结构轴向温度场、应变场连续变化信息。研究表明:采用有限元拟合法与热传导解析法计算所得伸展臂轴向热变形误差分别为5.256%与3.556%。相关成果能够为未来航天器在轨服役状态监测与辨识提供技术支撑。     

采用压电材料的自适应卫星结构研究

针对卫星在轨热变形补偿的需求,以相机支撑结构为例,提出了一种采用薄膜压电材料的新型自适应卫星结构方案,自适应结构系统包括碳纤维复合材料结构件、位移测量装置、薄膜压电材料和控制器。文章对局部升温条件下关注点的热变形及补偿进行了数值分析和试验验证,结果表明,自适应结构可有效改善关注点热变形下的平面度,分析与试验结果吻合较好,充分验证了自适应结构的热变形补偿能力,为空间自适应结构的后续工程实践打下了良好基础。     

高热耗波导组件的系统级热设计

载荷分系统为航天器实现功能的重要组成部分,随型号设计难度的提高,载荷分系统一般通过提高行波管放大器输出功率来实现性能达标,由此必然导致多工器后级公共端波导热耗过高,对系统级热设计提出更高要求。首先对系统级波导组件热设计方法进行介绍,在此基础上对高热耗波导组件的热分析方法、散热设计及试验验证情况等进行描述。结果表明,在系统热设计无法保证波导使用温度时,需在波导组件上实施散热措施,使用的通用化散热翅片设计简单,安装灵活,利于产品化,经试验验证,最高可将波导温度降低25℃左右。     

航天器蜂窝夹层板局部弯曲变形特性分析与验证

为了解决航天器蜂窝夹层板局部变形以致局部平面度易超差问题,文章基于克希霍夫(Kirchhoff)薄板弯曲理论和矩形板(Rectangular Plate)弯曲理论对蜂窝夹层板局部弯曲变形特性分析和挠度计算,提出减小局部变形的控制方法,经局部平面度试验验证,结果表明:理论分析与试验结果一致性好,选择较小均布载荷、减小热管宽度或热管与蜂窝芯的拼缝间隙、增大矩形板厚度以及缩小蜂窝芯与热管间的高度阶差均可有效减小局部变形,进而降低局部变形对航天器内部功能仪器导热的影响。可为航天器蜂窝夹层结构设计提供参考。     

降低热变形的卫星有效载荷安装结构优化设计

在整星有限元热变形分析基础上,以有效载荷安装结构热变形最小为目标,对安装结构依次进行拓扑优化及设计敏度分析和尺寸优化。结果表明：通过优化设计,在显著降低该结构热变形的同时大幅减小其质量;拓扑优化给出结构基本构型,尺寸优化进一步细化结构设计方案,二者结合能有效改进结构设计。     

航天器真空热环境适应性试验、分析及评价软件平台

基于国内外热试验软件的发展情况,文章提出了航天器真空热环境适应性试验、分析及评价一体化软件平台。在国内现有热试验测控软件的基础上,软件平台集成了国内关于热试验偏差、真空热环境效应及试验污染效应等研究的最新成果,同时又扩展了一些必需的功能模块。最后详细描述了该软件平台的基本组成和各模块的功能。     

空间光学遥感器光-机-热集成分析方法研究

首先对论文的工程背景空间太阳望远镜进行了介绍;然后介绍了空间光学遥感器光 机 热集成分析的技术路径和技术实现,技术实现主要探讨如何将透镜的折射率温度系数效应和反射镜面的热变形效应数据变成光学分析软件可以接受的数据;最后以光 机 热集成分析为基础,对空间太阳望远镜主镜的热设计方案进行了论证。全文说明了光 机 热集成分析的可实现性以及其对热设计的指导、评价和优化。     

某卫星固面反射器热变形测试分析与模型修正

为评估反射器在轨热变形对天线射频性能的影响,文章详细介绍了某卫星固面反射器的热变形测试过程,分析了测试结果及有关数据处理方法。通过热变形测试验证了测试产品设计与工艺的合理性,并基于测试结果修正了分析模型,有助于提高反射器在轨热变形分析精度。     

主控格栅反射器基体结构/压电作动器参数集成优化设计

为提高反射器形面控制能力和减小在轨热变形，本文以锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)驱动的主控格栅反射器为研究对象，开展反射器基体结构和PZT压电作动器参数的集成优化设计研究。首先，建立主控格栅反射器有限元模型并通过实验验证了有限元模型的正确性。然后，以形面控制能力最大和热变形最小为目标函数，以设计变量上限、下限和结构基频为约束，采用遗传算法(GA)和非支配排序遗传算法(NSGA II)求解。最后，给出多个仿真算例的优化结果。仿真结果表明，控制能力最大的单目标优化，其热变形远大于控制能力，多目标的帕累托(Pareto)最优前沿可以给出更合理的设计方案。通过优化设计可以显著提高形面控制能力和减小热变形。     

运载火箭尾段防热/承载一体化热防护系统设计及性能分析

先进热防护技术是可重复使用运载火箭研制的关键技术之一,具有高结构效率的防热/承载一体化热防护系统是运载火箭极具潜力的备选热防护方案。本文系统地总结了可重复使用运载火箭尾舱段防热和承载两方面的设计要求,设计了一种全复合材料防隔热/承载一体化热防护系统。开展了运载火箭尾段一体化热防护系统设计,进行了代表性单胞结构的高温环境地面试验,揭示了复合材料一体化热防护系统的防隔热机理。同时施加力学和热流载荷,利用有限元方法对运载火箭尾段进行了热力耦合分析,获得了尾段结构的温度场、应变场和应力场。结果表明:在典型载荷工况下一体化热防护系统内壁温度保持在89.2℃以下,内部最大应力不超过9.53 MPa,安全系数达到1.89。     

大尺度薄壁结构力-热-电一体化分析

基于有限元-多层快速多级子方法(FEM MLFMM)提出天线罩力热电一体化分析方法，以平板为研究对象，验证一体化分析方法的准确性；以大尺度升力天线罩为研究对象，开展气动力和气动热载荷下结构的力-热-电一体化分析，评估力/热环境下结构的强度性能，并探究力/热载荷对结构电磁透波性能的影响规律。研究结果表明：提出的一体化分析方法具有较好的分析精度；在气动力载荷下，天线罩透波性能下降，下降幅值随着气动力载荷的增大而增大；高温引起的材料电磁参数变化对天线罩透波性能有较大影响；在天线罩结构设计阶段，需要充分考虑气动热和气动力载荷对其电磁性能的影响。