瞬态、准瞬态和稳态热网络模型差异的数值分析

对于受传导和辐射传热控制的航天器热模型，用数值分析研究了瞬态、准瞬态和稳态热网络模型解的差异，结果表明，就所考察模型的星内设备而言，准瞬态的温度波动范围一定小于瞬态波动，但波动区间没有明显包含关系。稳态温度低于瞬态和准瞬态平均温度，甚至最低温度。     

基于最小二乘法的热试验温度数据预测

航天器真空热试验中,温度数据的正确判读及预测十分困难,又十分重要。文章针对典型的太阳电池板试件建立了热模型,使用热分析中常见的有限差分法建立离散方程,通过最小二乘法拟合其系数,以预测下一个测控周期各个测量点的温度,并提出了滑动窗口修正的方法。基于某型号电池板试验数据对热模型的预测精度进行了验证和误差分析,最后对通过测点温度逆向预测加热功率的应用进行了讨论。     

发汗式主动冷却金属热防护系统主动冷却效率研究

发汗式主动冷却金属热防护系统是一种新型概念,将发汗冷却方法应用于金属热防护系统中,用于提高金属热防护系统的热载荷承载能力,是解决临近空间高超声速飞行器防热问题的有效方法。设计并建立了发汗式主动冷却金属热防护系统的实验模型,分析了发汗式主动冷却金属热防护系统的基本冷却原理,测量了同一实验模型分别在有无发汗冷却作用下,沿厚度方向不同位置测量点的温度响应。结果表明：在相同的加热条件,采用发汗冷却方法,可以使受热蒙皮材料达到相同温度的时间明显滞后;在发汗冷却作用的过程中,内部隔热层的温度不会超过水的沸点温度;采用发汗冷却方法,可以使同一结构热载荷承载能力至少提高70%;通过合理的结构设计,可以减少受热蒙皮由于热膨胀而引起的结构变形。
     

吸波外热流模拟装置等效热分析模型

吸波材料可用于微波载荷无线功能测试。在微波载荷的真空热试验条件下,容器壁安装由大量四棱锥尖劈阵列而成的吸波结构,其兼具外热流模拟功能。为简化热分析以指导工程优化设计,文章基于体积平均思想,为吸波结构建立等效热分析模型,并与真实结构模型的分析结果进行对比,研究吸波装置的瞬态温度变化和外热流模拟精度以及对于复杂结构的温度场控制精度,验证了等效模型的精度与工程实用性。     

热变形对一种天线指向机构指向精度的影响分析

热变形对天线指向机构的指向精度具有重要影响,但利用传统的设计方法很难实现对指向精度的准确计算,尤其是热变形对指向精度影响的研究工作更是少见。为此建立了机构的三维实体热-结构耦合有限元分析模型,根据有限元分析结果并结合机构的运动链关系,构建了各关键运动副运动误差的计算方法;在此基础上实现了机构指向误差的计算,研究了运动副名义、最大以及最小配合间隙条件下,温度载荷对各关键运动副运动误差和指向精度的影响。研究结果表明,温度载荷对关键运动副的运动误差以及机构的指向精度具有重要影响,随着温度载荷偏离常温数值的增加,指向误差不断增大,名义配合间隙条件下的指向误差最大。     

CCD太阳敏感器误差分析与补偿

介绍了星载CCD太阳敏感器的工作原理,用空间几何模型阐述了线阵CCD太阳敏感器测量两轴姿态信息的方法,进行了误差分析,建立了系统的误差补偿模型。通过标定试验,确定了模型参数,进行了物理补偿,同时针对系统的残差,提出了数学补偿的方法。测试结果表明敏感器实现了较高的测量精度,验证了误差补偿方法的有效性。     

光纤陀螺标度因数温度误差分析与补偿

光纤陀螺在大角速度应用时,标度因数误差超过偏置漂移误差成为主要误差源。分析了引起数字闭环光纤陀螺标度因数温度误差的原因,推导出了标度因数温度误差数学表达式,并对各温度敏感参数进行了温度性能测试。使用第二闭环控制补偿了反馈通道增益的温度漂移,证明了第二闭环控制精度对标度因数的影响至多是一个三阶小量。测量了不同输出角速率和不同温度时陀螺输出误差值,用一阶多项式和三阶多项式建立了它们的关系。建立了一个双输入、单输出标度因数温度补偿模型,利用最小二乘误差准则计算出模型系数。在-25℃～60℃温度范围内,采用本文提出的控制和补偿方法可将光纤陀螺标度因数误差减小到100×10-6以下,并使标度因数非线性度小于50×10^-6。     

卫星稳态热模型参数修正方法研究

为了研究卫星稳态热模型参数的修正方法,应用Thermal Desktop和Sinda／Fluint软件对一 卫星热分析模型的表面涂层热光学性质和接触换热系数进行了参数修正。研究结果显示,在 对上述两种参数进行同时修正时,尽管采用多种方法,但 所得出的修正结果精度都不高。针对上述问题,提出了对不确定参数进行分层修正的方 法,即先修正对设备温度影响较大、与设备温度相关性较高的全局关键参数,在此基础上再 进一步修正局部关键参数。分析结果表明,采用分层修正时,参数修正值与真值之间最大相 对误差为3.33％,设备温度计算值与真值之间的最大误差为2.60％,和常规修正的方法 相比,分层修正的修正精度大大提高。
     

考虑温度大范围变化的瞬态热固耦合方法研究

针对传统瞬态热固耦合方法不能准确反映温度大范围变化时传热与结构变形之间的耦合效应,基于Galerkin与Newmark算法,建立了充分考虑温度大范围变化对耦合项影响的瞬态热固耦合有限元计算方法。通过求解铝质薄板在强热流作用下的热响应问题,校验了该方法的正确性,并利用该方法对某型高超声速飞行器进气道热防护面板进行了瞬态热固耦合分析。利用理论公式证明并通过分析算例得出结论：温度剧烈变化对热固耦合问题的计算结果影响十分显著;考虑温度剧烈变化的耦合项对结构的温度场影响较小,但会使温度变化率呈现震荡状态,耦合项对结构的位移、变形速度及变形加速度有显著影响,对结构的振动起到阻尼作用。     

系统误差模型的建立方法

为了提高制导控制系统的精度 ,需要对误差进行预测和补偿 ,而根据预测的实验数据建立准确的数学模型是提高补偿效果的必要步骤。阐述了根据试验测出的系统误差数据或曲线 ,利用估计理论建立误差模型的方法 ,尤其是多维系统误差模型的建立方法 ,为误差补偿提供数学模型。结果表明 :采用估计理论建立的系统误差模型可以达到所需要的精度 ,在工程上是可行的     

半球谐振陀螺温度补偿与实验研究

温度的变化严重影响了半球谐振陀螺的使用精度。为了消除或者减小温度因素对陀 螺 精度的影响,在简要分析温度对半球谐振陀螺精度影响原因的基础上,采用独立成分分析方 法对温度影响性的独立性和规律性进行了分析检验;建立了陀螺的温度误差补偿模型,并对 与温度有关的确定性漂移进行补偿;利用Allan方差方法对不确定性漂移进行了分析补偿。 实验证明该方法可以扩大陀螺温度环境适应范围,使陀螺仪的使用精度提高约3倍。〖JP 〗
     

壁温传感器瞬态响应特性试验与分析

本文介绍壁温传感器瞬态特性的数学表达式以及当被测温度按阶跃函数变化时,所进行的一些动态热惯性试验结果作了分析和验证,并提出了为减少热惯性,提高测量精度的几点建议和改进措施。     

卫星系统热特性分析

考虑空间轨道外热流、卫星表面自身辐射、热载荷等因素影响,建立卫星温度场计算模型,在采用蒙特卡罗(Monte-Carlo)法求解卫星复杂辐射边界条件的基础上,利用有限容积法对卫星在轨飞行阶段的瞬态温度场进行数值模拟,计算得到卫星瞬态温度场,并考虑其表面自身辐射及空间轨道外热流等因素,建立卫星红外辐射通量计算模型,计算得到不同时刻、不同热载荷情况下的卫星红外辐射通量分布,并简要分析了在轨卫星热控涂层衰减所带来的表面太阳吸收比的变化对卫星温度场的影响。     

泵压式发动机瞬态热试验方法

上面级泵压式发动机结构复杂、在轨飞行时间短,因此其热设计的验证比较困难。文章针对发动机自身特点提出了瞬态热试验方法,通过对发动机复杂外形包络面规则化、分区构建绝热型热流计("黑片")热模型快速提取试验外热流,采用符合发动机外热流瞬态变化趋势的"光照区+地影区"分段阶梯式外热流加载策略。试验温度测量结果表明:发动机热控设计和热分析模型正确;在此基础上修正初温后可对在轨飞行温度给出更准确的预示。     

惯性制导系统误差补偿评估模型研究

对惯性制导系统误差补偿是提高导弹射击精度的简单有效途径，研究补偿效果的前提是系统误差模型和噪声模型的确定。通过研究飞行工作环境变化导致的系统模型差异，结合惯性制导实时补偿方法，提出了基于工程背景的误差补偿和补偿评估模型的选取方法，仿真分析表明此方法有利于验后误差系数的分离和补偿精度的评估。     

舵机滚珠丝杠在内部热源作用下响应特性

舵机滚珠丝杠在运行过程中由于摩擦作用和电机运行产生的内部热源会导致其结构温度上升和变形，是影响滚珠丝杠副运行精度的因素之一。本文基于有限元理论建立舵机滚珠丝杠副模型，并通过在ANSYS Workbench中插入命令流的方式实现了在滚珠丝杠上施加移动摩擦热载荷，获得了滚珠丝杠副在内部热源作用下的温度、变形和应力响应特性。结果表明:滚珠丝杠轴向热流密度呈双峰趋势，且其高温区域主要集中在螺母行程范围内的中间区域;随着转速的增加，滚珠丝杠各处温度及其波动幅度加大;丝杠最大热应力位于与轴承配合的轴肩最外侧处。     

基于磁路法与等效热网络法的航天 永磁同步电机设计与仿真

针对航天永磁同步电机方案初步设计耗时长、过度依赖商业软件的问题，基于磁路法和热网络法，提出了一套方案设计阶段航天永磁同步电机磁热性能快速预估与仿真方法。给出了定子内径、定子外径、铁芯长度、匝数等关键参数的取值准则，建立了包含36个节点集总参数热网络模型，并以端部绕组为例给出了热平衡方程的详细推导过程。通过与成熟商业软件对比，其电磁计算最大误差出现在电流有效值上，偏差值为607%；与样机实测值对比，绕组温升最大误差为73%，满足方案设计阶段预示精度要求，为方案设计阶段航天永磁同步电机快速性能预估提供有力支撑。     

用于图像定位与配准的扫描辐射计扫描镜热变形模型研究

以某卫星扫描成像辐射计为研究对象,建立了扫描镜的热变形模型,并对模型进行了简化。模型应用结果表明,扫描镜镜面与扫描镜转轴需采用热特性接近的材料,通过增强仪器结构在Y向的刚度,能提高热变形模型的精度。用该模型获得的扫描镜热变形运动补偿(TMC)精度可满足卫星的使用要求。     

感应同步器位置测量系统的正交误差及补偿

感应同步器与其变换电路一起组成角度或位移的测量系统。感应同步器位置测量系统的误差即变换误差,来源于感应同步器本身制造、安装误差及变换电路的误差。从应用角度出发,提高感应同步器位置测量系统正确度是关键的问题。由于旋转型和直线型感应同步器均已达到较高精度,因此要提高整个测量系统的变换精度需掌握误差的来源及误差的数学表达式,并从中得出对感应同步器误差进行补偿的规律。本文就感应同步器位置测量系统的正交误差规律及一种正交误差补偿方法——激磁电流交叉耦合法进行论证,并以实例说明。     

辐射换热条件下空间薄壁圆管结构瞬态温度场、热变形有限元分析

对航天结构中常见的辐射换热条件下的空间薄壁圆管结构，构造了一种用于非线性瞬态温度计算的傅立叶－有限单元。圆管温度沿杆长用有限元离散，沿周向分布展成三角函数。圆管温度单元每个结点包含平均温度、余弦和正弦分布温度幅三个自由度，并且在每个时间步内实现了平均温度增量与沿截面温差增量的解耦。在结构热变形分析时圆管单元节点上既承受温度轴力，又承受截面温差导致的热弯矩。采用这种单元对非线性换热条件下的复杂空间结构进行离散可以较准确地反映结构的温度场与热变形。经与前人的解析解和三维有限元结果的验证，证明该单元是可靠的。对太阳能帆板梁与空间抛物面天线的热－结构分析说明这种新单元的应用价值。