数值仿真技术在热真空试验中的应用

由于热真空试验中温度测点有限,且关键部位布置困难,不能反映试验过程部件整体和关键部位的温度结果,导致试验有效性和产品安全性难以判断。通过数值仿真技术对试验过程进行模拟,得到所有部件详细温度场,验证试验有效性与产品安全性;发现影响产品温度分布的因素,研究提高产品可靠性措施。通过对某天线热真空试验过程模拟,得到天线详细温度场,并发现产品散热板安装＂不紧密＂缺陷,是影响天线温度均匀性的＂关键点＂。     

大型空间展开机构常压高低温环境模拟试验系统研制

为各类大型空间展开机构地面可靠性验证试验提供高低温环境,研制了一种常压高低温环境模拟试验系统。该系统的保温箱体结构采用内、外框架的结构形式,内、外框架之间的连接采用绝热玻璃纤维增强复合塑料杆,其目的是:在进行大温差高低温交变环境试验时,有助于结构的热边界条件稳定;合理的气流组织布局设计有助于内部高低温环境的快速建立,使温度分布更加均匀;冷热源供给系统可稳定地提供高低温环境建立所需冷量及热量;干燥氮气置换系统可实现高低温环境下的超低露点温度;基于PLC的测控系统对试验系统进行高精度测量及控制。试验表明,此大型空间展开机构常压高低温环境模拟试验系统能满足型号产品试验过程中对温度范围、变温速率、温度场均匀性及露点温度的要求。     

航天器组件级产品常压热环境试验中的几个问题

文章阐述了航天器组件级产品在常压热环境试验中,为了适应试验技术指标的变化和提高,开发现有的试验设备能力,解决了温度偏差、变温速率等问题;尤其对于试验温度过冲问题,通过对试验程序的改进,调整和修改了程序参数,从而满足了试验技术要求。     

液氧贮箱增压过程研究

采用数值模拟方法对液氧贮箱增压过程进行研究.贮箱内流场采用流体体积函数（VOF）多相流模型考虑,选择标准双方程k-ε湍流模型分析湍流效应,气液两项之间的热量、质量转移通过自定义程序（UDF）求解.获得了贮箱压力、排液流量、气垫温度、液氧温度对贮箱内流场温度分布的影响.计算结果表明,在稳定增压过程中,贮箱液面无扰动,贮箱内温度分层分布;各参数变化时,对贮箱内温度分布的影响主要是温度梯度的变化,并且各工况下液面附近和扩散器附近温度梯度基本相同.     

"嫦娥五号"月球探测器隔热组件高温模拟与控制技术

"嫦娥五号"月球探测器在着陆时要承受相当大的着陆冲击载荷,一般采用大推力器来降低其着陆速度。推力器附近的隔热组件由于受到辐射和羽流的综合影响,其温度会在140 s内达到1000℃左右。文章利用在真空条件下红外加热的方法,采用非线性变增益PID控制器对隔热组件进行温度控制,以模拟发动机工作的温度边界条件。为此,研究了红外灯加热器的动态特性和高精度快速温度控制算法,并在真空容器内搭建高温模拟与控制系统,进行了该模拟方法的试验测试及验证。研究结果表明:对于970℃的目标温度,控制算法使隔热组件温度达到稳定状态的时间为135 s,超调量为0.5℃,在实际试验中取得良好的控制效果。     

空间实验室490 N发动机热控设计

采用新型片式加热器实现对490 N发动机头部加热方法的改进,利用I-DEAS/TMG有限元热分析软件仿真了发动机头部温度场。分析了热控组件及发动机支架的耐温能力,提出了飞控过程中490 N发动机关机的温度判据。阐述了控温回路及其控温点设计,并介绍了控温策略。最后给出了在轨飞行试验的温度控制数据,验证了热控设计的有效性。     

复合材料矩形悬臂板稳态热传导解析研究

应用复级数方法给出各向异性稳态热传导解析解，在引入板角热流角点条件的基础上，解析分析了三边对流换热，另一边给定均匀温度的复合材料单层矩形悬臂板温度场。讨论了铺设角对温度场分布的影响。数值结果表明铺设角的增大加剧了温度梯度。     

临近空间太阳电池组件热力学特性仿真分析

临近空间飞行器依靠搭载的柔性太阳电池组件和储能电池组构成的能源系统,可在临近空间长期飞行和驻留,完成地面观测、无线通信、军事侦察等任务,因而成为各国航天航空领域发展的热点之一。由于太阳电池组件能量转化效率只有20%左右,大部分太阳光能量吸收后转化为热。这部分热传导到高空气球内部,将造成内部气流紊乱,增加高空气球姿态控制难度,而温度升高引起的热应力甚至可能破坏柔性太阳电池组件。本文通过计算机模拟太阳组件在高空气球蒙皮上的工作条件,建立组件结构模型及热传递数学模型,仿真得到电池组件实际工作时的温度场和应力场分布情况,对高空气球供电组件的结构优化、工作状态的掌握具有指导意义。     

预浸带铺放过程温度场动态仿真与实验研究

为了测量铺放过程中粘合点温度峰值和复合材料的温度场分布,构建了基于Lab VIEW的温度场在线测量系统。实验中预浸带铺放5层,热风枪稳定温度为200℃。实验结果表明,随着铺放过程的进行,每一层预浸带的温度曲线都出现多个峰值,且峰值逐渐降低,其中第1个峰值即为粘合点温度,平均分别为80.1、91.4、101.3、113、108.3℃,比较可知,各层预浸带粘合点温度逐渐升高。同时,建立了预浸带铺放温度场有限元模型,利用ANSYS中的生死单元以及循环加载技术模拟了预浸带动态铺放过程。有限元模拟结果中的粘合点温度分别为71.8、96.2、104.3、107.9、105.3℃,与实验结果相比误差可控制在10%以内,且粘合点温度越高,其准确性越好。     

温度循环试验中温变环境下产品温度应力场影响因素分析

以试验箱内温度循环条件下温度快速变化时．热量或冷量由流体一循环风向产品表面和内部传递的过程为研究对象，介绍了流体与产品表面之间的对流传热、产品表面部件自身温度升高、热（冷）量沿传热途径向内部传热这3个影响温度应力场的主要环节的影响因素，并应用实例进行了定性分析，最后对温度循环试验的过程提出了几点建议。     

星载CCD相机真空热试验方法讨论

我国相关标准对于具有主动热控的星载CCD相机单机热真空试验方法一直没有明确定义,相机在试验中的温度设置值如何确定是其关键问题。文章认为此值应与相机的热设计温度范围相同;如果不以温度作为验证热设计的唯一条件,那么相机的热设计也可以同相机结构、光学设计一起,在真空热环境条件下,对相机进行光学性能检测验证。可以通过相机的热真空试验,一方面验证相机的温度适应性;另一方面,设置相应的真空热试验工况,通过光学性能检测来验证热设计。从而减少相机的热平衡试验项目,简化了研制流程。在实施过程中,为了解决相机的光学窗口热流模拟的困难,可在相机光学窗口正对、具有一定距离的位置设置反射镜,并在其背部和周边设置加热回路。文章最后结合某CCD相机的应用实例对相机的真空热试验方法进行了讨论。     

旋转受照状态下天线温度场仿真分析

在进行星表天线地面真空热环境试验过程中,传统的红外加热设备会造成测量光路遮挡、降温速率减慢等影响。为提高试验准确性,提出了基于天线旋转受照的真空热试验方法。利用虚拟热试验平台对旋转受照状态下天线温度场进行仿真分析,得到天线温度场的分布与变化,并与试验数据对比,验证了仿真建模的准确性和试验方法的可行性。     

火箭发动机试验红外测温技术应用

目前发动机试验温度参数主要采用接触式测量方法,测温元件直接与被测对象相接触,优点是测量精度高,缺点是试验过程传感器经常损坏或脱落,且高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。根据发动机试验任务的要求和液体火箭发动机试验的特点,结合先进的分布式无接触式测量及光纤传输的技术,设计并建立了红外热成像测量系统。该系统采用无损、无线测量及光纤传输方式,提高了发动机热试车恶劣环境条件下关键部位温度参数的获得率,为全面研究发动机工作过程温度场分布情况奠定基础。     

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。     

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。     

外热流模拟对象在线辨识方法比较分析

用红外加热笼进行航天器外热流模拟时,要获得热流、温度的优良控制品质,前提是需要准确辨识被控对象模型。文章选取两次航天器热真空试验、多个回路实际测量数据,通过比较常见的3种辨识方法的辨识效果,认为相对于其它两种辨识方法,近似极大似然递推算法具有抗干扰能力强、适应不同噪声环境、参数稳定收敛等优点。     

太极二号卫星精密热控关键技术及试验验证

针对引力波探测太极二号卫星提出的高稳定度温控需求，开展了高分辨率测温系统和高稳定度热控技术的研究，提出了多级阻尼的热控设计方法，建立了多级阻尼状态空间数学模型，揭示了系统中热量传递特性。该方法在太极二号核心载荷上进行了地面试验验证，试验结果表明核心舱关键仪器的温度满足指标要求。试验结果的噪声分析，不仅验证了精密热控关键技术，而且提出了关于热噪声分析与抑制的新方法，为后续航天器精密热控技术提供了理论分析方法和工程参考依据。     

真空热试验中闭环温度控制参数分析

为了满足航天器真空热试验温度控制的新要求,文章通过对控制参数与温度控制设定目标值之间数值关系的分析与研究,得出通过电阻性加热器加热、以辐射换热为主要加热途径的温控系统对象,最优比例参数Kc值与目标设定温度成近似正比关系,积分参数Ti值可取固定值,微分参数Td对控制动态品质影响可忽略。具有上述特性的系统可使用参数寻找方法:即在真空热试验之前通过热响应曲线套用公式确定该对象的数学模型,然后使用数值分析的方法,寻找最优的PID参数。通过这种预先估计PID控制参数方法,可以改善电阻特性类控温系统的控制品质。     

热屏绝热型热流计可行性分析

热平衡试验是航天器热控设计的重要环节,外热流模拟和测量是热平衡试验的两个关键因素。两者的不准确将给热平衡试验带来不可预估的影响。因此热流测量技术是热平衡试验的关键技术之一。目前使用的热流计测量低热流密度时存在较大误差,为此研制一种高精度热流计——热屏绝热型热流计来测量热流。该热流计主要包括敏感面和热屏两部分。敏感面用来测量热流,热屏则为敏感面提供一个绝热环境。其关键技术是在热屏和敏感面充分隔热的基础上,采用跟踪控温的方法使热屏和敏感面的温度相同,从而使两者之间的热交换可以忽略。文章利用热分析计算分析了该热流计其敏感面和热屏的等温性能满足热流测量要求;并利用试验证明了跟踪控温技术可行,热屏和敏感面温度一致,从而说明了该热流计测量热流的可行性。