[發(fā)明專利]一種空間飛行器外熱流分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710812561.5
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN109492236B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡磊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京電子工程總體研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F119/08
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 張鎮(zhèn)

本發(fā)明公開了一種空間飛行器外熱流分析方法，針對外熱流分析上的困難和麻煩，提出了一種新的間接分析方法：使用溫度場計算用同一套飛行器熱分析模型，增加專門構(gòu)造且模型簡易的測溫片(2)，通過計算結(jié)果中獲取的測溫片(2)的溫度，換算成飛行器表面(1)實際吸收的總外熱流。該方法不僅提高了外熱流分析的效率和精度，而且適用于各種復(fù)雜構(gòu)型的空間飛行器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種外熱流分析方法，特別是一種空間飛行器外熱流分析方法。

背景技術(shù)

外熱流分析是空間飛行器熱分析中的一個重要環(huán)節(jié)。外熱流分析通常采用直接方法，即基于空間飛行器溫度場計算的同一套飛行器熱分析模型，從其結(jié)果中直接提取外熱流數(shù)據(jù)。但該方法較為困難，如飛行器某表面的熱構(gòu)型、網(wǎng)格劃分策略可能不具備代表性，或者需獲取特定位置特定角度方向的外熱流情況時，該方法的靈活性不夠。還有一種處理方法是重新構(gòu)建一套通常較為規(guī)則且簡化的飛行器表面熱模型，以專門用于外熱流分析。這種方法可以較好的獲取總外熱流中來自太陽、地球的外熱流，但由于該簡化模型不求解真實的溫度場，無法獲取來自周邊飛行器表面的紅外輻射熱流。因此，目前在空間飛行器的外熱流的分析上存在一系列的困難或麻煩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種空間飛行器外熱流分析方法，解決以往方法在獲取任意位置處和來自任意方向的外熱流的靈活性不夠、存在無法同時獲取來自周邊飛行器表面的紅外輻射熱流部分的缺陷，給外熱流分析工作帶來困難或麻煩的問題。

一種空間飛行器外熱流分析方法的具體步驟為：

第一步構(gòu)造測溫片的熱模型

測溫片采取平面形式。測溫片的面積應(yīng)小于對應(yīng)的飛行器表面面積，相對面積小于等于5％。測溫片的物理厚度為零。測溫片的熱容為零。測溫片只有單面參與熱輻射傳熱，且單面的太陽吸收率、紅外半球發(fā)射率應(yīng)與對應(yīng)的飛行器表面一致。

測溫片的位置：位于對應(yīng)的飛行器表面的正法線一側(cè)，在不發(fā)生干涉的情況下距離飛行器表面小于等于1cm。

飛行器表面的外熱流一致性好：表面區(qū)域為一個平面且只接收到太陽外熱流或地球外熱流，不存在其它表面的紅外熱流，或其它表面的紅外熱流忽略，或其它表面的紅外熱流分布均勻的情況；表面區(qū)域朝向宇宙冷黑背景，不接收太陽外熱流和地球外熱流，不存在其它表面的紅外熱流，或其它表面的紅外熱流忽略，或其它表面的紅外熱流分布均勻的情況。

測溫片的數(shù)量：當(dāng)飛行器表面的外熱流一致性好時，只使用1個測溫片，并將測溫片放在飛行器表面幾何中心的位置；當(dāng)飛行器表面的外熱流一致性不好時，或進行外熱流一致性分析時，使用多個測溫片，將測溫片均勻分布在飛行器表面區(qū)域。

測溫片姿態(tài)：測溫片參與熱輻射傳熱一面的正法線方向應(yīng)與待分析的外熱流方向一致。

第二步確定測溫片的總外熱流密度

在原有飛行器熱模型的飛行器表面處布置一個測溫片。根據(jù)能量平衡原理和熱輻射四次方定律，在任意時刻任意位置，參與熱輻射傳熱一側(cè)吸收的總外熱流等于側(cè)對外紅外輻射熱流，熱平衡方程為：

q_all＝q₁+q₂+q₃+q₄＝ε_h×σ×T⁴ (1)

公式(1)中，q_all為測溫片單位面積吸收的總外熱流密度；q₁為測溫片單位面積吸收的太陽直接輻射熱流密度；q₂為測溫片單位面積吸收的太陽反照輻射熱流密度；q₃為測溫片單位面積吸收的地球紅外輻射熱流密度；q₄為測溫片單位面積吸收的來自于周邊組部件紅外輻射熱流密度；ε_h為測溫片參與熱輻射傳熱的一面正法線方向表面紅外半球發(fā)射率；σ為黑體輻射常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。