[發明專利]一種面向大型空間載荷天線的機熱穩定性分析方法

有效

• 申請號: 202011606107.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112685941B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 馬文來;華運韜;付小懿;李曉云;王光遠;吳永勝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大天域科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06N3/12;G06F119/08;G06F111/06
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

一種面向大型空間載荷天線的機熱穩定性分析方法，解決了現有大型空間載荷天線因頻繁進出地影造成的熱變形過大或熱致振動不收斂的問題，屬于航天器熱設計領域。本發明包括：步驟一、獲取空間載荷天線的溫度場；步驟二、根據溫度場，獲取熱響應特征時間和結構響應特征時間，確定空間載荷天線是否發生熱致振動，若是，轉步驟三，否則，轉步驟四；步驟三、在空間載荷天線和衛星主體之間設置帶有壓電片的智能桿作為傳感器和作動器，根據熱致振動響應利用PID控制器對智能桿進行控制；步驟四、選出空間載荷天線溫度的最重要影響因素，以空間載荷天線進出地影溫度差作為優化目標，計算出最重要影響因素的最優解，再結合熱變形響應去優化空間載荷天線。

技術領域

本發明涉及一種面向大型空間載荷天線的機熱穩定性分析方法，屬于航天器熱設計領域。

背景技術

隨著航天科技的發展，空間載荷天線朝著大型化、大柔性、高精度方向發展。大型空間載荷天線在軌運行過程中因頻繁進出地影，將會發生較大的熱變形或熱致振動不收斂的現象，將嚴重影響載荷的效能，甚至引起衛星姿態的嚴重變化。為實現大型空間載荷天線高成像分辨率和高指向精度的功能，勢必需要理清此類熱變形/熱致振動的產生機理，對其進行幅值及頻譜的評估、優化和抑制，并改善這類大型空間載荷天線的光機熱分析流程。

發明內容

針對現有大型空間載荷天線因頻繁進出地影造成的熱變形過大或熱致振動不收斂的問題，本發明提供一種面向大型空間載荷天線的機熱穩定性分析方法。

本發明的一種面向大型空間載荷天線的機熱穩定性分析方法，所述方法包括：

S1、建立空間載荷天線模型，獲取空間載荷天線的溫度場；

S2、根據獲取的溫度場，得到空間載荷天線結構每一個有限元節點上的溫度，并獲取熱響應特征時間和結構響應特征時間，根據熱響應特征時間和結構響應特征時間確定空間載荷天線是否發生熱致振動，若發生了熱致振動，獲取熱致振動響應和熱變形響應，轉入S3，若未發生熱致振動，獲取熱變形響應，轉入S4；

S3、在空間載荷天線和衛星主體之間設置一個帶有壓電片的智能桿作為傳感器和作動器，根據S2獲取的熱致振動響應，確定PID控制器的控制參數，利用所述PID控制器對智能桿進行控制，實現抑制空間載荷天線的熱致振動，轉入S4；

S4、確定空間載荷天線溫度的影響因素，利用正交試驗在空間載荷天線溫度的影響因素中選擇出最重要的影響因素，以空間載荷天線進出地影溫度差作為優化目標，計算出所述最重要影響因素的最優解，利用該最優解及熱變形響應優化空間載荷天線，進而實現抑制熱變形。

作為優選，所述方法還包括：

S5、針對光學成像的空間載荷天線，去除空間載荷天線的剛體位移后，根據空間載荷天線的結構特征點及結構特征點的中心點的熱響應，利用最小二乘法進行鏡片形面擬合，得到多項式系數以及反射面的傾斜誤差和平移誤差；根據優化后的空間載荷天線及得到的所述多項式系數、反射面的傾斜誤差和平移誤差，建立原始光學系統、帶有六位移誤差的光學系統和帶有形面變化的光學系統的模型，分析光學成像的空間載荷天線因熱響應而引起光學指標的變化。

作為優選，所述S1包括：

S11、建立空間載荷天線模型，根據衛星軌道的參數得到空間載荷天線進出地影的時刻和持續時間；

S12、根據空間載荷天線模型，對空間載荷天線的結構劃分熱網格，每一熱網格對應一熱節點，根據空間載荷天線進出地影的時刻和持續時間，計算各熱網格之間的輻射角系數，得到每一熱節點吸收和輻射的外熱流大小；

S13、根據空間載荷天線模型，空間載荷天線材料的熱物屬性，空間載荷天線的轉動角度，結合S12獲得的每一熱節點吸收和輻射的外熱流大小，得到熱節點隨時間變化的溫度值，即溫度場。

作為優選，S2中，根據獲取的溫度場，得到空間載荷天線結構每一個有限元節點上的溫度的方法包括：