[發(fā)明專利]用于航天器熱試驗的紅外燈陣的優(yōu)化設計方法及裝置

在審

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• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114818030A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 林寶軍;蔣桂忠;張筱嫻;林士峰;張旭;付曉琴;許紅陽;任烜;張磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院;上海微小衛(wèi)星工程中心
• 主分類號: G06F30/12
• 分類號: G06F30/12;G06F30/15;G06F30/27;G06F111/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 杜娟;駱希聰

本發(fā)明提供了一種用于航天器熱試驗的紅外燈陣的優(yōu)化設計方法、系統(tǒng)、裝置和計算機可讀介質(zhì)。該方法包括：構(gòu)建初始紅外燈陣，所述初始紅外燈陣包括m行和n列，每行中相鄰紅外燈之間具有行間距，每列中相鄰紅外燈之間具有列間距，每個紅外燈具有距離被照面的高度，m和n都是大于等于1的正整數(shù)；以及采用第一優(yōu)化算法對所述行間距、所述列間距和所述高度進行優(yōu)化迭代計算，所述第一優(yōu)化算法的目標函數(shù)包括所述紅外燈陣的熱流分布不均勻度，停止迭代的條件包括所述熱流分布不均勻度小于第一目標值。該方法計算速度快，提高了優(yōu)化設計的效率。

技術領域

本發(fā)明主要涉及航天器領域，尤其涉及一種用于航天器熱試驗的紅外燈陣的優(yōu)化設計方法、系統(tǒng)、裝置和計算機可讀介質(zhì)。

背景技術

紅外燈陣是一種常用的外熱流模擬裝置，因其使用靈活，對航天器表面遮擋較小，且能夠重復使用，被廣泛地應用于航天器真空熱試驗中。紅外燈陣的熱流均勻度是用于評價其設計優(yōu)劣的重要指標，差的熱流均勻度會影響真空熱試驗的結(jié)果，降低熱試驗的準確性，甚至進而影響航天器的熱設計，造成經(jīng)濟損失。

在進行航天器熱試驗時，傳統(tǒng)的燈陣設計是根據(jù)經(jīng)驗設計燈陣的位置和高度，根據(jù)測得的熱流均勻度來適當調(diào)整燈陣的布置，不僅費時費力，熱流不均勻度也較難達到標準。某些情況下，為了提高熱流均勻度，使用加熱片模擬外熱流，雖然能夠達到熱流均勻性要求，但是會破壞航天器表面的物理特性，并不適用于正樣件的熱試驗。并且，加熱片的成本較高，且只能一次性使用，大大增加了熱試驗費用和熱改裝的時間成本。

目前關于紅外燈陣均勻度的研究普遍采用遺傳算法對已有的紅外燈陣進行優(yōu)化設計，需要輸入初始的陣列設計作為基礎。并且這些研究只考慮了基本的矩形散熱面(被照面)，沒有對其他形狀的散熱面進行研究。此外，雖然遺傳算法擅長找到全局最優(yōu)解，但收斂較慢、運行時間長，在實際工程應用上不具優(yōu)勢，完全依賴數(shù)學計算的設計方法也忽視了工程經(jīng)驗對燈陣設計的指導作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種快速獲得優(yōu)化結(jié)果的用于航天器熱試驗的紅外燈陣的優(yōu)化設計方法、裝置和計算機可讀介質(zhì)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于航天器熱試驗的紅外燈陣的優(yōu)化設計方法，包括：構(gòu)建初始紅外燈陣，所述初始紅外燈陣包括m行和n列，每行中相鄰紅外燈之間具有行間距，每列中相鄰紅外燈之間具有列間距，每個紅外燈具有距離被照面的高度，m和n都是大于等于1的正整數(shù)；以及采用第一優(yōu)化算法對所述行間距、所述列間距和所述高度進行優(yōu)化迭代計算，所述第一優(yōu)化算法的目標函數(shù)包括所述紅外燈陣的熱流分布不均勻度，停止迭代的條件包括所述熱流分布不均勻度小于第一目標值。

在本申請的一實施例中，所述第一優(yōu)化算法的約束條件包括所述行間距和列間距從所述紅外燈陣的中心向外周逐漸減小，所述高度從所述紅外燈陣的中心向外周逐漸降低。

在本申請的一實施例中，在所述構(gòu)建初始紅外燈陣的步驟中，還包括：基于工程經(jīng)驗設置所述行間距的初始行間距和所述列間距的初始列間距。

在本申請的一實施例中，所述第一優(yōu)化算法包括粒子群優(yōu)化算法。

在本申請的一實施例中，在所述采用第一優(yōu)化算法對所述行間距、所述列間距和所述高度進行優(yōu)化迭代計算的步驟中，還包括：設置行間距界限、列間距界限和/或高度界限；判斷所述行間距是否超過所述行間距界限、判斷所述列間距是否超過所述列間距界限和/或判斷所述高度是否超過所述高度界限；當超過時，使所述行間距位于所述行間距界限之內(nèi)、使所述列間距位于所述列間距界限之內(nèi)和/或使所述高度位于所述高度界限之內(nèi)。

在本申請的一實施例中，使所述行間距位于所述行間距界限之內(nèi)、使所述列間距位于所述列間距界限之內(nèi)和/或使所述高度位于所述高度界限之內(nèi)的步驟包括：

當xx_max時，使x＝2*x_max-x；