星上产品温度循环加速寿命试验模型及试验设计方法研究

航天产品加速寿命试验一般都采用高温应力,加速模型应用阿伦尼斯模型。但除了受高温影响之外,星上产品在轨还长期受到温度循环应力的作用。目前国内航天产品开展温度循环应力加速寿命试验缺乏相关理论模型支持,本文针对温度循环加速寿命模型和试验设计开展了研究,可为星上产品开展温度循环加速寿命试验提供理论支持。     

月球坑的温度分布与瞬态热响应特性研究

建立了球状月坑表面热辐射与月壤内一维非稳态导热的耦合传热模型,采用蒙特卡罗法结合控制容积法数值研究了月坑的温度分布与瞬态响应特性。考察了月坑表面与平面月表的热响应差别以及月坑形状因子、月坑所处纬度对月坑表面温度分布的影响。研究结果表明,月坑表面与平面月表的热响应有明显差别,月昼期间坑内的最高温度总是高于同时刻、同纬度的平面月表温度;低纬度、深度较大的月坑内温度分布存在很大的瞬态不均匀性。     

温度循环条件下某光电舱结雾现象分析

温度循环筛选是提高产品可靠性的重要手段之一,而光电试验舱内温度循环引发的呼吸作用可能是导致光电产品结雾的原因。文章详细分析了某光电舱温度循环时低温结雾的现象,通过理论计算和相关试验,表明器件内部水汽含量过大是此现象出现的主要原因,而密封结构的呼吸作用影响较小。根据以上结果,提出了相关解决措施。     

温度循环试验中试件表面结霜/露现象及舱内水分来源的实验研究

温度循环试验中试件表面出现结露,会对试件造成损害。文章对典型温度循环舱内大热惯性试件的表面结露现象进行了实验研究:分析了舱内水分来源,并测量了舱内压力在空间和时间上的分布特征。结果表明:舱内压力随着温度的降低而降低,风机进风口的负压造成了舱外湿空气侵入舱内;而试验前舱内蒸发器表面存有的霜层,也是造成低温向高温的切换过程中舱内空气露点温度升高的重要原因。采用氮气流量控制,可有效维持舱内的正压,同时抑制升温阶段舱内空气露点温度的快速升高,规避试件表面结露的风险。     

低温预冷管路流动及传热非稳态特性研究#

低温液体火箭发动机及管路循环预冷过程涉及复杂的流型转换及传热过程,直接影响发动机及其管路的预冷效果。为准确分析低温介质加注充填过程中循环预冷管路内部的流动及传热特性,建立了一维均相平衡态流体流动及传热数学模型,通过离散化方法分析了非稳态过程液氢预冷循环管路中流体各参数的分布,获得了低温介质充填过程管路传热变化规律及其影响因素。     

CPL系统温度波动现象分析

即使在稳态运行时，两相流体回路系统也经常会发生压力振荡现象。压力振荡会影响系统内部工质的运动，从而使系统各个部位的温度也随之波动。引起压力振荡的原因比较复杂，其中除了两相系统固有的不稳定特性外，由于它们对温度边界条件变化非常敏感，边界温度周期性波动同样会引起系统发生压力振荡。建立了一个毛细抽吸两相流体回路（CPL）实验台，通过实验观察了系统的温度波动现象，同时分析了引起系统发生温度波动的部分重要因素。分析结果表明，贮液器的控温偏差是引起CPL系统产生周期性温度波动的一个重要原因；蒸发器发生失效后，两相流体自身的不稳定性总会引起系统产生温度波动现象。     

一种航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法

针对典型航天器热控设计与传热过程特点,建立了设备与舱体动态耦合换热集总参数模型。提出了一种基于热时间常数的航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法,给出了双节点耦合换热型航天器系统的热时间常数定义,建立了热平衡温差与温度变化率的对应关系。提出了基于Levenberg-Marquardt最小二乘法温度曲线拟合的热时间常数实时修正方法,该实时修正方法可用于多节点耦合换热航天器热平衡温度稳定判据确定。讨论了目前广泛采用的航天器热平衡试验温度稳定判据的适用性,研究结果可用于指导航天器热平衡试验中温度稳定判据确定。     

碳纤维基底真空沉积涂层耐温度循环性能加速试验方法研究

为了考核某低地球轨道卫星微波探测类载荷碳纤维基底天线反射器的真空沉积涂层在轨承受高低温循环的能力,以确保该涂层在轨经历频繁高低温循环后的性能仍满足产品在轨工作要求,提出基于航天产品环境应力筛选建立温度循环加速因子模型的试验方法,并开展不同规格试件的温度循环加速试验。按等效在轨8年寿命,在试验前、试验中和等效寿命延长约1/3后共进行14次试件涂层外观检查和热控性能箱外测试,结果表明涂层外观完好,太阳吸收比和发射吸收比均符合指标要求,耐温度循环性能优异,满足在轨使用要求。     

热防护材料表面发射率测试研究

提出了一种基于热流反演方法的表面发射率测试方法,并应用该方法对火箭发动机用热防护材料镀铝薄膜表面发射率进行了测量。试验在真空舱中进行,利用石英灯对试片进行加热,建立了由石英灯和试片组成的热交换系统,根据传热理论推导出了包含试片表面发射率的传热方程。依靠热电偶测量试片温度变化,反演得到表面热流,代入传热方程,获得试验用镀铝薄膜表面发射率约为0.12。此外,还采用集总参数法对镀铝薄膜表面发射率进行了计算,两者结果相差小于1.5%。提出的发射率测试方法虽然不能得到光谱发射率,但已经可以满足工程应用,且简单易行。     

航天器组件可靠性试验温度测控技术

文章针对航天器组件试验过程中温度场不均匀和单一控温点难以全面控制组件温度的问题,研究了试验箱内温度场的均匀性分布,组件不同部位在箱内的温度分布规律以及影响这种分布的因素。通过温度测控试验方法的研究,配合所研制的多路温度测控系统,确定了组件试验过程中温度控制点的选取方法,解决了热试验中组件局部温度失控问题,提高了组件的试验安全性和试验质量。     

变温环境下固体药柱的温度应力分析

为研究外界环境对固体火箭发动机性能的影响,基于推进剂药柱的热粘弹性模型,利用有限元方法对变温环境下的药柱温度应力进行了分析,研究了外界环境不同起始温度、不同升（降）温速率对药柱温度应力的影响,确定了某星型药柱内部的应力危险点。结果表明,外界环境升温导致发动机药柱内部应力下降,初期应力下降缓慢,后期应力下降较快;降温过程导致应力增加,初期增加缓慢,后期增加较快;起始温度、升（降）温速率对药柱危险点温度应力都有较大的影响,但后者的影响更为显著。不管外界环境是持续升温还是持续降温,都应该注意固体火箭发动机在贮存和使用中的“环境保护”。     

交会对接目标飞行器控制力矩陀螺的传热特性

对交会对接目标飞行器控制力矩陀螺的热特性进行了分析,建立了控制力矩陀螺的热分析模型,并结合其热平衡试验结果对热模型进行了修正,结果表明,模型计算温度与热平衡试验温度吻合较好。文章利用修正后的热数学模型,对控制力矩陀螺在轨运行时在不同热边界条件下的温度场分布进行了求解,并得出了陀螺辐射传热与导热传热的比例关系,以及辐射传热是其主要散热途径的结论。     

星载激光通信终端在轨机动对温度影响

对激光通信终端在轨瞬态温度变化开展了仿真,以期研究在轨机动的影响、热分析和热试验时机动模式的简化模拟。通过合理地分析与简化,建立终端的轨道热分析模型,准确模拟在轨机动,根据典型机动模式、外热流和涂层退化等因素设计了计算工况,得出了终端在轨运行过程中的温度场随时间和姿态变化规律。结果表明：不同机动模式下的温度变化存在差异,最大可达23.0℃,采用固定姿态或一维转动的简化热分析或热试验不能准确模拟实际飞行温度,甚至不能部分替代二维转动热分析或热试验;光学天线和反射镜的温度控制是制约终端工作的瓶颈,为终端设计合适的避光机动策略,可大幅度提高温度稳定度和均匀度。研究结果可以为光机电设备在轨机动策略的设计和改进提供参考。     

太空辐射器传热优化设计及分析

为优化太空辐射器的设计,基于(火积)理论对太空辐射器的散热过程进行优化分析,分析结果表明辐射温度均匀性越好,太空辐射器辐射传热过程(火积)耗散越小,辐射器平均温度越低。以提高温度均匀性为目标设计了四种辐射器方案,并对不同方案进行仿真分析,仿真结果表明采用热管与流体管路组成传热网络后,辐射器温度均匀性最好,对外散热能力增强,流体回路热控系统整体温度下降,辐射器整体传热性能最优。     

神舟飞船热设计及飞行温度数据分析

介绍了神舟二号、三号飞船的热控设计、研制过程及飞行试验结果,并对飞行温度数据进行了分析。     

热控涂层红外发射率对GEO卫星蓄电池温度波动的影响

在东方红一3卫星平台的基础上,将合理简化后的南蓄电池舱作为热分析模型。根据影响蓄电池温度波动的机理,提出服务舱舱板内表面常用热控涂层（白漆、镀铝膜、碳蒙皮）的5种组合方案,并量化分析了热控涂层红外发射率对蓄电池温度波动的影响。分析结果表明：降低蓄电池舱舱板内表面热控涂层红外发射率,尤其是降低蓄电池安装舱板表面的热控涂层红外发射率,可有效减小蓄电池温度波动幅度。与基准方案相比,最优组合方案能使蓄电池温度波动幅度降低50％。     

直接测量法确定受试产品温度稳定时间的研究

文章阐述了温度试验中受试产品温度稳定的重要性,介绍了国内外典型环境试验标准中温度稳定的定义和确定方法;自行建立了用直接测量法确定受试产品温度稳定时间的测试方案、测试设备,进行了有关测试,并与用重量法估计的结果进行了比较分析,同时指明影响受试产品温度稳定的各种因素;最后总结出应用直接测量法确定受试产品温度稳定时间的必要性、优越性、适用条件和注意事项。     

航天用传热强化工质导热系数和粘度的实验研究

通过在航天器热控系统用的某型液体传热工质中添加铜纳米粒子，研制一种新型航天用传热冷却工质-纳米流体。分别运用瞬态热线法和NXE-1型粘度计测定了不同纳米粒子体积份额配比的纳米流体的导热系数和粘度，分析了纳米粒子体积份额、温度等因素对纳米流体导热系数和粘度的影响，实验结果表明，在液体中添加纳米粒子，显著增加了液体的导热系数和传热性能。     

平流层飞艇热仿真初步探讨

结合平流层的环境条件和平流层飞艇的特点，文章详细分析了影响飞艇热平衡的基本热源和换热途径，建立了平流层飞艇的传热数学模型，给出了飞艇内表面冷热部分相互之间的辐射换热模型，在此基础上，对于某概念飞艇进行了仿真分析，得出了蒙皮热点、蒙皮冷点以及艇内气体的温度，为进一步开展平流层飞艇的热分析奠定基础。     

应用过程神经网络的航天器瞬态温度预测方法

航天器在轨温度受空间热环境影响变化较大,同时研制阶段的热分析与热试验往往也耗时较长,因此通过准确有效的预测方法为其提供在轨温度预警信息、提高热仿真与热试验效率至关重要。文章提出航天器瞬态温度预测方法,依据航天器在轨温度实测数据,采用相空间重构理论构建样本集完成训练,应用过程神经网络建立瞬态温度预测模型,并对温度进行外推预测。经验证,根据温度预测方法建立的温度预测模型绝对误差最大值为0.746 K,可在满足工程精度的情况下实现对航天器瞬态温度的快速预测。