相机真空热试验的红外笼模拟方法研究

空间相机的热平衡／热真空试验中,一般采用红外笼-热流计的闭环控制系统来模拟相机进光口处的外热流。由于对相机光路的遮挡,通用的平板式红外笼难以满足热真空试验中相机的成像要求。文章在分析的基础上设计了一种圆筒式红外笼,同时满足了热平衡试验的外热流模拟要求和热真空试验相机的成像要求;对同一台相机采用两种红外笼的试验结果进行了对比分析。     

光学遥感器进光口模拟外热流的均匀性分析

光学遥感卫星在轨运行过程中,受到空间外热流影响很大,尤其是遮光罩进光口的外热流将对遥感器性能产生直接影响。合理的热控设计是遥感器设计中至关重要的工作。光学遥感器的空间热环境模拟试验是验证相机热控方案的最重要途径,需要做到对空间外热流的准确模拟。其中对遮光罩进光口外热流的模拟是试验的一项重要技术指标。考虑到对相机成像的影响以及外热流模拟的准确性,目前试验都采用筒状红外加热笼。红外笼对其遮光罩进光口投入热流的大小和均匀性直接决定了试验的真实性和可靠性。筒式红外笼分为圆柱形和锥形两种,所模拟外热流的均匀性跟其结构密切相关。文章运用ANSYS软件进行仿真计算,深入分析了筒式红外笼的结构对遮光罩进光口外热流均匀性的影响,并总结出了红外笼结构与模拟外热流均匀性之间的关系。为相关试验的红外笼设计以及外热流模拟,提供了参考。     

太阳模拟器复杂构型卫星稳态 温度场的数值模拟

文章基于蒙特卡罗-区域分解法,建立太阳模拟器内复杂几何构型卫星稳态温度场数学模型;利用数值模拟求解卫星表面太阳辐照面积、红外和太阳辐射传递系数,得到不同辐照条件下卫星的温度分布;分析太阳辐照的非均匀性和不稳定性对温度分布的影响。计算结果表明:蒙特卡罗-区域分解法对于太阳模拟器模拟空间外热流的仿真研究是一种非常有效的方法;太阳辐照非均匀性对温度分布的影响大于不稳定性所产生的影响。     

基于热平衡试验的某空间相机热光学集成分析

为研究某空间相机温度场变化对光学系统性能的影响,利用该空间相机热平衡试验温度测试结果,开展了相机光机主体的热光学集成分析,并依次完成了相机温度场反演、热变形分析、光学系统性能分析,以及热光学分析结果同试验测试结果的对比。结果表明：温度是影响该相机光学系统性能的主要因素之一;将光机主体温度控制在设计值能够最大程度上减小热变形对于相机光学系统性能的影响;而当光机主体温度发生变化时,热变形会使得相机焦面偏离初始焦面位置,因此需要对相机进行合理的温控设计并配合焦面调焦来满足在轨成像的需要。     

敏捷型卫星的相机外热流变化及其抑制措施效果分析

文章根据空间外热流理论建立了敏捷型遥感卫星的空间相机外热流计算模型,针对相机的外热流变化情况,选择典型计算工况并对其外热流特性进行了仿真分析,得出了工作模式及卫星姿态变化对相机主要部件热流的影响。为解决外热流分布不均和波动剧烈问题,提出了加长相机遮光罩和加装热防护门2种抑制方案,并对方案的效果进行了分析评价。     

红外加热笼进行瞬态外热流模拟的优化方法

为研究航天器真空热试验时红外加热笼模拟瞬态外热流的优化方法,文章建立了航天器器表、红外笼与热沉之间的辐射换热模型,得到舱板与红外笼的瞬态温度变化、器表到达热流密度的表达式,得出器表到达热流密度与器表内侧等效吸收热流密度和红外笼带条加电电流之间的关系。分析器表内侧等效吸收热流密度相同和不同的情况,基于红外笼加电控制周期为1 min和红外笼带条热容影响,对红外笼加电方式进行研究,提出变电流的优化加电方法。分析结果可为红外笼作为瞬态外热流模拟手段提供参考,减少瞬态外热流模拟误差。     

空间相机外遮光罩的非稳态温度场计算

外遮光罩的非稳态温度场,对空间相机的第一光学表面—光学窗口产生直接影响,进而影响空间相机的分辨率和成象质量。本文采用Monte—Carlo法和Brain ADI法,通过热模型的建立、空间外热流计算和合成、角系数的求解、离散热平衡方程的建立、交替方向隐式求解(Brain ADI)等步骤,对空间相机外遮光罩的非稳态温度场进行了计算,自编的通用程序软件,可以计算任一轨道位置、任一时间的外遮光罩的非稳态温度场。本文采用的理论、方法和程序,对于空间外露物体的热计算,具有一定的通用性。     

液氧贮箱自生增压过程中气枕状态分析

对液氧贮箱自生增压过程气枕空间状态进行了研究。基于双膜阻理论建立了热质交换模型,模拟贮箱内非稳态热流过程,分析了气枕空间在增压气体输送过程中温度场的变化、气枕内氦气对温度场的影响及其排液过程中液面的波动。     

圆台形红外加热笼仿真优化研究

在真空热试验中,圆台形航天器通常选用圆台形的红外加热笼作为外热流模拟装置。文章对圆台形红外加热笼模拟热流进行仿真计算,分别就红外加热笼与被加热面的平行距离对边缘效应的影响和红外笼的锥角对边缘效应的影响进行分析,得到红外加热笼优化设计方法,以提高航天器表面热流密度模拟的均匀性。该方法可用于指导圆台形航天器进行真空热试验时的工装设计。     

转动帆板红外热流计算及等效方法研究

目前的空间外热流分析软件和在航天器稳态热平衡试验中模拟的外热流都不包括帆板对航天器表面的红外加热,而有时帆板的红外加热并不小,应该叠加到模拟的外热流中.文章针对一种低轨道航天器,计算了帆板红外加热的强度,给出了在热平衡试验中叠加的方法,并讨论了在固定帆板方位的同时保持其红外热流等效的可能性.结果表明,可以精确计算帆板红外加热,对任意的帆板方位均可以保持其红外加热的等效.     

一种基于空间相机热特性的高精度控温方法

为提高空间相机的控温精度以保证成像品质,文章提出了一种基于空间相机热特性的高精度控温方法。该方法从相机控温回路所控区域的能量平衡方程出发,根据控温区域自身的热特性参数,综合考虑其它控温区域对其传热影响以及外热流变化等因素,最终确定本控温周期内的主动控温功耗或加热占空比。通过建立某相机热模型,分别施加上述控温方法与开关比例控制算法,对控温效果进行了仿真对比。结果表明,该方法的控温精度显著优于常用的开关比例控制。     

某航空相机载荷舱热分析与热设计

航空相机的热控设计需要解决流动与传热的耦合问题。文章提出某航空相机载荷舱在复杂飞行环境中上升、巡航、下降全过程的热分析及热设计方法：确定载荷舱热分析数据流,采用专业热分析软件、流体计算软件计算辐射外热流、气动外热流,以及等效对流换热系数沿壁面分布情况及与马赫数的变化关系。将热环境赋予载荷舱热分析模型,通过热分析软件与自开发程序迭代对载荷舱两个极端工况进行了仿真分析。结果表明,据此设计的光学窗口内表面温度高于露点温度10℃以上,得到的载荷舱热分析结果满足热控指标要求,热设计方案合理可行。     

红外灯热流分布试验研究

文章采用蒙特卡罗法建立了红外灯单灯热流分布模型并在真空低温环境下进行了红外灯热流分布测试,以验证模型的准确性。测试在KM2空间环境模拟器中进行,采用黑片作为热流传感器。测试过程避免了空气对流对测试的影响,确保了测试数据的准确。对比分析表明,模型计算结果与实测结果偏差在5%以内,满足设计要求,可以作为红外灯阵热流分布模型的建立和红外灯阵热流优化的基础。     

具有复杂围护结构光学窗口的传热特性分析

针对具有复杂围护结构光学窗口传热特性,建立了高热流作用下的光学窗口及其复杂围护结构的辐射-导热传热模型,分别讨论了窗口的辐射半透明、光谱选择性、外部加热热流以及窗口尺寸对其瞬态温度响应的影响。结果表明,忽略窗口半透明特征会产生最大31.4%误差,忽略光谱选择性会产生最大40.4%误差;窗口外部气动加热热流影响显著,温度响应随热流的增大而急剧增大;窗口厚度对其传热特性的影响较大,随着厚度的增大窗口温度响应减小;而窗口半径产生的影响可忽略不计。     

飞行器高热流密度长时间测试方法

为实现对飞行器高热流密度热流的长时间测量,文章提出了一种以与高导热金属蜂窝材料复合的相变材料作为热沉的热流计,利用相变材料的潜热持续吸收热流计所接收的热量,可以对1 MW·m-2的热流密度持续测量2000 s以上。利用显热容数值方法建立了高热流密度长时间持续测量的分析模型,研究了热沉相变材料的热导率、相变温度、相变潜热等物性参数对测量方案的影响。研究结果表明,应选取热导率较大、相变温度较低且高于初始环境温度,以及相变潜热较大的相变材料作为长时间高热流密度测量的热沉材料。     

“希望一号”卫星热平衡试验的误差分析

为研究卫星热平衡试验误差,建立“希望一号”卫星热试验的联合热数学模型,对热平衡试验进行模拟,并与理想状态进行比较,发现仪器试验温度值在低温工况中偏低13～20 ℃,高温工况中偏低11～17 ℃;高温工况中-Y舱板表面到达热流不均匀度高达27.3%。此外,分析了热试验中热沉的温度、表面发射率、与卫星的表面积比,支架的导热、辐射漏热,电缆的导热、辐射漏热,以及热流计温度测量误差对卫星温度场的影响。     

Thermal resistance in satellite mounting plates due to conductive heat transfer

The thermal resistance due to conductive heat transfer between two heat generating boxes mounted symmetrically on a thin mounting plate, one side of which is subjected to a constant heat flux and the opposite side is convectively cooled, is considered. The other two sides are maintained at constant temperature. A numerical solution for the temperature field is obtained and the heat transfer between the boxes is found by integrating between the critical heat flow lines. Various nondimensional parameters are identified and their influence on the thermal resistance is studied.     

某卫星真空热试验中一些新要求的解决措施

某卫星在进行真空热试验时,对热流提出了三个方面的新要求：(1)对某些热流要求较低的加热区的加热笼进行修改,提高其低热流实现能力;(2)减小支架漏热;(3)实时计算设计热流和实际热流的周期积分偏差。由于修改时的约束条件较多,新的要求的满足非常困难。经过努力,最终解决了这些问题,通过对某些加热笼采取加热带双面涂黑漆的方法,实现了低热流;经过计算和针对性的设计,支架漏热不超过0．1188W;同时实现了设计热流与实际热流周期积分偏差的实时计算。