一种复杂外热流天线热平衡试验设计方法及系统与流程

1.本发明涉及航天技术领域，具体地，涉及一种复杂外热流天线热平衡试验设计方法及系统。


背景技术：

2.随着航天技术的不断发展，为了适应不同任务需求，构型各异的航天器应运而生。对于舱外天线而言，在进行独立热平衡试验时很难将异形结构边界的影响引入到试验设计中。一方面天线的尺寸相对较小，在热平衡试验中引入模拟结构边界会造成试验规模的激增，试验经费和工装设计代价较大。另一方面，边界的温度通常并不一致，在试验过程中很难瞬态施加。
3.专利文献为cn104071360a的发明专利公开了一种基于辐射耦合传热等效模拟的热平衡试验方法及系统，将空间轨道外热流、太阳帆板辐射热流、热沉辐射热流通过卫星表面的加热器合并施加。本发明应用对象为复杂外热流天线，缩减复杂结构边界的规模更大。原专利适用于低热流密度加热模拟，如阴影区外热流模拟，但是应用局限。
4.专利文献为cn106314831a的发明专利公开了一种热平衡试验外热流模拟的方法，侧重于外热流实时施加的算法，本发明相对于上述方案可以直接按计算得到的电流值准瞬态施加。
5.专利文献为cn106081174a的发明专利公开了一种外热流模拟装置及其热流控制方法，公开了一种带有吸波阵的外热流模拟装置，通过制冷系统和主动加热系统可以精准控制辐射边界温度。但是该方案无法将其对天线的辐射遮挡进行统计计算。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复杂外热流天线热平衡试验设计方法及系统。
7.根据本发明提供的一种复杂外热流天线热平衡试验设计方法，包括如下步骤：
8.加热器安装步骤：在天线各个部件上粘贴有对应的外热流加热器；
9.天线部件统计步骤：用在轨仿真软件统计天线各个部件在所选时间间隔受到的太阳辐照、地球反照和地球红外；
10.红外遮挡计算步骤：通过在轨仿真软件得到的温度计算结构边界对天线各个部件的红外与遮挡；
11.自身热耗统计步骤：基于天线部件所需时间间隔统计天线部件自身热耗变化；
12.施加步骤：合并外热流后通过设置在天线各个部件上的外热流加热器按照时间准瞬态施加在天线各个部件上。
13.优选地，所述外热流加热器表面状态与对应部件相同。
14.优选地，所述天线部件包括天线主反射面、天线连接法兰、天线驱动组件以及天线支架，其中：
15.天线主反射面通过天线连接法兰设置在天线支架上；
16.天线驱动组件安装在天线支架上，并控制天线主反射面的朝向。
17.优选地，所述天线支架设置在第一侧板上，所述第一侧板的两侧连接有竖直设置的第二侧板。
18.优选地，所述红外遮挡计算步骤中，通过在轨仿真软件得到的温度计算第一侧板、第二侧板对天线主反射面、天线连接法兰、天线驱动组件的红外与遮挡。
19.优选地，所述外热流包括太阳辐照、地球反照、地球红外、复杂结构边界的红外与遮挡以及自身热耗。
20.优选地，天线各个部件的红外与遮挡，天线各个部件受到的太阳辐照、地球反照、地球红外以及自身热耗均按准瞬态时间变化。
21.优选地，统计自身耗热的天线部件包括天线主反射面和天线驱动组件。
22.根据本发明提供的一种复杂外热流天线热平衡试验设计系统，包括如下模块：
23.加热器安装模块：在天线各个部件上粘贴有对应的外热流加热器；
24.天线部件统计模块：用在轨仿真软件统计天线各个部件在所选时间间隔受到的太阳辐照、地球反照和地球红外；
25.红外遮挡计算模块：通过在轨仿真软件得到的温度计算结构边界对天线各个部件的红外与遮挡；
26.自身热耗统计模块：基于天线部件所需时间间隔统计天线部件自身热耗变化；
27.施加模块：合并外热流后通过设置在天线各个部件上的外热流加热器按照时间准瞬态施加在天线各个部件上。
28.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
29.1、本发明可以实现复杂外热流天线热平衡试验的准瞬态工况施加，提高试验的准确性和与仿真状态的一致性，降低模拟结构、温度边界带来的试验复杂性以及试验成本。
30.2、本发明通过天线热流准瞬态施加，与在轨仿真更加接近。
31.3、本发明将结构边界的温度影响折合，能大幅缩减热平衡试验的规模。
32.4、本发明无需使用支架等试验工装及设备，简化了试验条件。
33.5、本发明可实现整轨外热流模拟，进一步拓宽了使用范围，可外推应用至其他复杂外热流载荷的热平衡试验。
附图说明
34.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
35.图1为本发明提供的复杂外热流天线热平衡试验设计方法的硬件示意图。
36.图2为本发明提供的复杂外热流天线热平衡试验设计方法步骤流程图。
37.图中示出：
38.1-卫星-y舱板外沿
39.2-卫星+x舱板
40.3-天线主反射面
41.4-天线连接法兰
42.5-天线驱动组件
43.6-卫星+y舱板外沿
具体实施方式
44.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
45.如图1和图2所示，本发明在热平衡试验设计时，按时间统计天线各个部件在轨受到的太阳辐照、地球反照和地球红外等；再按相同时间读取不同边界位置的温度，得到边界对天线各个部件的红外影响；最后结合天线部件自身的热耗，将所有项之和通过部件上的加热器施加，完成天线热平衡试验准瞬态工况的设置。
46.本发明所采用的技术方案包括：在天线各个部件上设计加热片，忽略部分过小或者难以实施加热片的部件；选取合适的时间间隔，用仿真软件读取对应轨道时刻下各个部件受到的太阳辐照、地球反照和地球红外等外热流以及不同结构边界的温度；结合角系数和边界温度，计算得到对应轨道时刻结构边界对天线的红外影响；将以上几项同天线内热耗合并实施到对应的加热片上，即完成天线准瞬态热流的施加。部分无法粘贴加热片的部件可以将热流折合到附近零部件。
47.具体结合图1所示，天线安装在卫星+x侧板，
±
y板由于平台散热需要向+x方向延伸，对天线产生部分遮挡。天线由天线主反射面3、天线连接法兰4、天线驱动组件5等部件构成。在设计热平衡试验时，首先用仿真软件统计天线主反射面3、天线连接法兰4、天线驱动组件5等天线部件在所选时间间隔受到的太阳辐照、地球反照和地球红外；然后读取同一时刻卫星-y舱板外沿1、卫星+x舱板2、卫星+y舱板外沿6的温度，结合角系数分别计算卫星-y舱板外沿1对天线主反射面3，卫星-y舱板外沿1对天线连接法兰4，卫星-y舱板外沿1对天线驱动组件5等的红外与遮挡，以此类推得到结构边界对天线各个部件的红外与遮挡，若结构边界温度为定值，则该部分的红外与遮挡影响也为定值；天线主反射面3、天线驱动组件5自身有热耗，将其按所需时间间隔统计热耗变化；将以上几项合并，按时间施加至天线主反射面3，天线连接法兰4，天线驱动组件5等预先粘贴加热片的天线部件上，即可完成试验外热流的设置；建立按本发明施加外热流的试验罐内仿真模型，与在轨模型计算结果比较并修正，可以得到符合性较强的试验模型。依此开展罐内热平衡试验。
48.本发明的外热流包括太阳辐照、地球反照、地球红外、复杂结构边界的红外与遮挡以及自身热耗。天线各个部件上粘贴有对应的外热流加热器，加热器表面状态与对应部件相同。具体方案包括：复杂结构边界对天线各个部件的红外与遮挡通过在轨仿真软件得到的温度计算得出，按准瞬态时间变化；天线各个部件受到的太阳辐照、地球反照和地球红外通过仿真软件得到，按准瞬态时间变化；自身热耗根据输入得到，按准瞬态时间变化；外热流合并后通过外热流加热器准瞬态施加。该方法同样可适用于其他类型复杂外热流载荷的热平衡试验设计。
49.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位
置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
50.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。