专利名称：航空相机热网络模型修正方法
技术领域：
本发明属于航空航天设备热分析与热控制领域，涉及航空相机热网络模型修正方法。
背景技术：
航空相机作为对地拍摄的关键光电设备，其光学系统性能受到环境温度变化影响，为保证航空相机的高分辨力，需要建立热分析模型，根据热分析结果设计热控系统。由于在热分析数学建模过程中做了若干简化假设，特别在对一些计算参数的选择上有一定的误差，如热传导系数、接触传导系数、对流传热系数、表面辐射系数等，因此热分析所得到的温度与实际值之间必然存在一定的偏差，为了减小这种偏差，提高热分析的准确度，以便能更好地预测航空相机的温度分布和变化规律，设计出更合理有效的热控系统，有必要用航空相机的热试验数据对热分析模型进行修正。国内外对航天器热网络模型的修正方法做了大量研究，这些方法都是针对只有传导和辐射换热模型的修正，而鲜有对含有对流换热的航空设备热网络模型修正方面的研究。再者，现有的热网络模型修正方法有最小二乘法、卡尔曼滤波法、统计回归法等，但这些方法与实际应用存在较大的差距，主要原因在于需要修正的热网络系数较多，必须要有充分的试验数据才能修正出合理的数值，而现有方法都是利用稳态热试验数据进行修正，稳态热试验周期长，要得到充足的试验数据必须长时间进行不同工况的稳态试验，耗时耗力，对于需要几十甚至几百组温度数据的情况，这样进行试验是不现实的，往往只能做几种典型的试验工况，因而不能对热网络模型的所有系数进行修正，只能进行部分网络系数修正。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有热网络模型修正方法由于试验数据不充足而无法修正整体热网络系数问题，本发明的目的是将传导、辐射和对流换热项中的变量分离出来，利用瞬态试验数据替代`稳态试验数据对热网络系数进行修正，可以减少热网络系数的数量；可以克服稳态试验数据不充足的问题，对热网络系数进行全面修正；可以对对流换热系数进行修正，由此，本发明提供一种分离变量并利用瞬态试验数据修正热网络模型的方法。本发明采用的技术方案是利用瞬态热试验数据修正分离变量后的包含有传导、辐射和对流换热项的航空相机热网络模型，具体实现步骤如下步骤S1:根据航空相机的节点模型建立航空相机的热网络模型，将热网络模型中各温度节点的热平衡方程用残差方程的形式表示；步骤S2 :将残差方程中的各项网络系数转换成热物性参数的算式，提取出不确定性热物理参数；步骤S3 :对航空相机原型做m种工况的瞬态热试验,得到节点i的m组瞬态温度试验数据，将每组瞬态温度数据拟合成温度-时间曲线 \ω，将温度-时间曲线Tiw对时间求导，得到节点i的斜率曲线为
权利要求
1.航空相机热网络修正方法，其特征在于，具体包括以下步骤步骤S1:根据航空相机的节点模型建立航空相机的热网络模型，将热网络模型中各温度节点的热平衡方程用残差方程的形式表示；步骤S2 :将残差方程中的各项网络系数转换成热物性参数的算式，提取出不确定性热物理参数；步骤S3 :在步骤S2的基础上，对航空相机原型做m种工况的瞬态热试验，得到节点i的 m组瞬态温度试验数据，将每组瞬态温度数据拟合成温度-时间曲线 \ω，将温度-时间曲线Tiw对时间求导，得到节点i的斜率曲线为f τ为时间；步骤S4 :对温度-时间曲线Tiw进行等间隔采样，将节点i第m种工况下的温度采样结果表示为列向量TiwOi), η为采样点数，即TiwOi)中有η个温度值；把m种工况的温度采样结果组合起来就形成节点i的温度向量IVm表示如下
2.根据权利要求1所述的航空相机热网络修正方法，其特征在于步骤SI中所述的残差方程包含有对流项、传导和辐射项表示如下
3.根据权利要求2所述的航空相机热网络修正方法，其特征在于对于航空相机内部对流换热，所述对流换热网络系数为
4.根据权利要求1所述的航空相机热网络修正方法，其特征在于在保证采样点之间温度差大于用于测量温度数据的传感器测量误差的情况下，增加采样点数η用于增加温度数据，每种工况的采样点数不一定相同，视采样点之间的温度差而定。
全文摘要
本发明提供一种航空相机热网络模型修正方法，建立完整的包含有传导、辐射和对流换热网络系数的节点网络模型，将各项热网络系数表示为与热物性参数有关的算式，提取出不确定性热物理参数，进行航空相机瞬态热试验，并将试验数据拟合成温度曲线和温度曲线各点的斜率曲线，对曲线进行采样，采样数据分别带入节点残差方程的温度项和温度变化项，对不确定性热物理参数求偏导。本发明利用瞬态采样数据代替稳态热试验数据对不确定性热物理参数进行修正，解决了由于试验数据不充足而无法修正整体热网络系数问题，减少热网络系数的数量，修正了对流换热系数，适用于航空航天设备的热网络修正。
文档编号G06F19/00GK103049672SQ20131002627
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者樊越, 梁伟, 马文礼, 汪旋 申请人:中国科学院光电技术研究所