微小航天器单相流体回路自主热控地面实验研究

单相流体回路是解决微小航天器热控问题的一种重要手段,但是由于其内热源功率密度高、轨道热环境变化复杂,要求其具有高度自适应控制能力。为满足开展微小航天器单相流体回路自主热控研究的需要,提出了一种单相流体回路核心部件-微机械泵的PWM控制策略及实现算法,设计并搭建了其地面等效模拟实验装置,实现了该单相流体回路包括微机械泵驱动电压-压差输入输出关系、热源载荷变化及微机械泵转速变化的开环动态特性实验研究,并在此基础上完成了所提出的单相流体回路自主控制方法控制效果的地面等效模拟实验研究,达到±0.5℃以内的自主控温效果。该控制策略除了可以实现高精度自主控温以外,由于机械泵功耗基本上与热载荷成正比,还可以减少热控系统运行能耗,因而在能量供应有限的微小航天器上具有广阔应用前景。     

不同热控涂层的飞艇散热器Fluent仿真分析

为了分析不同热控涂层的性能,采用Fluent模拟了临近空间飞艇上小型散热器在20 km高空的热平衡状态。散热器分别使用S781白漆、S956灰漆及La_1-xSr_xMnO₃化合物热致变材料作为热控涂层,使用UDF（User defined function）编码对热控涂层设置随涂层温度变化的发射率。经过模拟计算,得到了在太阳垂直照射与无太阳辐射两种极端情况下不同热控涂层散热器的温度分布。仿真结果得出在太阳垂直照射下,使用La_1-xSr_xMnO₃化合物作为热控材料散热器的锂电池温度处于最佳工作温度范围,但其在太阳垂直照射与无太阳辐射情况下电源的平均温度温差为8.89 K,略大于S781白漆的温差6.57 K。模拟中,La_1-xSr_xMnO₃热致变材料发射率变化较小,约为0.11,垂直照射时温度最高的散热区域发射率可达到0.8,无太阳辐射时温度最低的散热区域约为0.69。     

行星际航天器主动热控系统模糊控制

对行星际航天器主动热控系统进行了研究。以“火星探路者”号为例，在其机械泵式单相液体循环冷却系统设计布局的基础上，使用更高换热效率、更低压力降的分形微管道网络换热器传递电子设备散发的热量，利用模糊控制策略对系统进行控制。通过合理的简化和假设，应用集总参数法建立系统动态特性模型，进行仿真研究。结果表明此主动热控系统能对航天器电子设备温度进行有效控制。     

参数自整定模糊PI控制在纳卫星热控系统中的应用

在功能维持不变甚至更强的条件下,卫星体积、尺寸和质量不断减小,致使在卫星内部小空间内单位时间传输大量的热,因此常规的热控技术很难满足控制要求.为使纳卫星负载温度稳定在允许范围内,亟需研发新的热控方法.在纳卫星温度系统模型基础上,将PI参数模糊自整定控制器与航天器热控技术相结合,得到纳卫星智能热控系统,以调节辐射器散热面为控制目标,并进行了仿真研究.结果表明,该控制策略响应快,适戍性和鲁棒性强,消除了稳态误差,较模糊控制和传统PI控制具有更好的动、静态特性,适用于纳卫星热控系统.     

纳卫星散热面与隔热层的联合设计模型与算法

纳卫星的被动热控系统对卫星舱内的温度控制及其有效载荷的可靠工作具有重要意义.散热面与隔热层设计是被动热控设计的两大关键环节.在对其进行传热学分析的基础上,建立了纳卫星散热面面积及隔热层厚度的联合设计模型和求解算法,阐述了应用这一联合设计模型与算法的具体流程,并以一太阳同步轨道纳米卫星为例,在客观分析其轨道热环境特点的基础上,对其散热面面积和隔热层厚度进行了设计计算、结果分析和仿真验证,得出了各设计参数间的制约关系,设计结果的分析及仿真验证表明:采用散热面和隔热层的联合设计可以得到较好的被动热控效果,这一联合设计模型与算法为纳卫星的被动热控系统设计提供了简便的设计计算模型和求解算法.      

砂尘环境试验设备中颗粒浓度场的实验研究

利用中科院寒旱所沙漠研究所室内风沙环境风洞,采用激光粒子成像技术对砂尘环境试验设备中含砂气固两相射流在距喷嘴不同截面中心位置的颗粒浓度场进行了测量和分析研究,并与拍摄的颗粒空间分布数码照片进行对比.实验结果表明在距气固喷嘴约1?m处的截面上,砂粒颗粒还没有扩散到整个空间内,轴线附近的粒子较多,而且大粒子多数处于下部区域,只有在距喷嘴下游约3?m处粒子才基本扩散均匀,从而可确定砂尘环境试验中试件的安放位置.结论认为砂尘试验设备的加砂段应保持在3?m左右,这样才能满足国军标要求,从而为我国自行研制大型砂尘环境试验设备,确定加砂/尘方法、参数、加料和试验段尺寸等提供了依据.     

核热源功率测量系统冷端温度控制策略

基于核热源功率测量系统冷端温度控制需要,建立系统动态特性模型.在开环仿真分析的基础上,分别设计了PID（proportion integration differentiation）控制、模糊控制以及支持向量机(SVMsupport vector machines)智能预测控制3种控制算法,并完成了其仿真研究,验证了测量系统控温的可行性.结果表明:将SVM优秀的非线性函数逼近能力与预测控制相结合来拟合被控非线性系统模型,并通过支持向量机的预测结果进行反馈校正,使系统具有良好的鲁棒性和稳定性,易于工程应用.      

货运飞船智能温湿度测量系统构建和实验

根据货运飞船热平衡实验中对温湿度测量的需求,设计并搭建了一种以控制器局域网络(CAN)总线通信技术和智能温湿度传感器SHT15为核心的分布式测量系统,温湿度测量模块将采集到的温湿度数据通过CAN总线经分线器传递给下位机,进一步传输给上位机,实现了对数据的补偿、显示和保存等功能,给出了系统中软件的设计思路和流程图.并对该系统进行了真空贮存实验和标定实验,实验结果表明:该系统具有高可靠性和高测量精度,相对湿度的测量误差在2%以内,且使用方便,易于扩展节点,现已成功运用于实际的测量工作中.      

航天器热平衡试验故障诊断的模型与方法

航天器在热平衡试验中经常会暴露设计制造上的缺陷,因此有必要对它进行实时的故障诊断。同时热平衡试验经验较少,所以采用了一种基于模型的故障诊断方法。应用了一种新的热平衡试验温度预测的数学模型,与试验数据相比较,结果令人满意;在此基础上,模拟了热平衡试验中由于太阳电池翼故障而出现的温度场异常情况,并且和正常情况比较,给出了故障诊断的方法。     

卫星热控系统的动态特性建模与仿真

受控对象的动态特性是卫星热控系统设计的基础,为了更加简便地进行卫星热控系统的动态特性计算,根据卫星各部分的温度变化特点及它们之间的热量传输关系,将其划分为外壳、辐射器、舱内环境、关键仪器设备以及相变蓄热装置5个集总参数热控环节,建立起各热控环节温度变化的数学模型.应用这一模型可以十分简便地计算内部热源强度及空间外热流变化时卫星各热控环节的温度变化趋势,其计算过程较常规的卫星瞬态温度场计算简单、方便,满足了对卫星热控系统进行仿真研究和控制策略优化的迫切需要,这对发展各种主动热控制技术来说具有尤其重要的意义.