[发明专利]基于STL的通信卫星上10N推力器羽流热效应影响分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于STL的通信卫星上10N推力器羽流热效应影响分析方法，属于卫星设计技术领域。

背景技术

卫星推力器羽流会影响卫星的工作性能和寿命。目前关于卫星推力器羽流影响主要集中在干扰力影响分析和热效应影响分析上，分析方法包括理论计算和对试验数据的拟合。

在通信卫星布局过程中，应考虑双组元推力器的喷射羽流对卫星表面设备产生的影响。在工程实际中，基于试验数据的数据拟合方法已经被用来分析由于双组元推力器冲击带来的羽流热影响和动力学影响，如中国专利CN201010606039所公开的名称为一种10N推力器羽流场热效应及动力学效应确定方法。但该方法主要存在以下问题：

(1)该方法所分析的对象是具有规则形状，能用公式可以表示的设备，如抛物面天线、柱面天线和太阳翼等，不适合计算形状不规则或无法用公式表达的复杂曲面所受到的羽流影响。在通信卫星上，有各种形状不规则的表面设备，如赋形反射面天线、天线加强筋和天线塔等，前者和理论抛物面反射面不同，后两者离推力器的距离比天线反射面更近，所以分析表面形状不规则的设备受到的羽流热影响更为必要；

(2)该方法在分析所研究对象受到的羽流热影响时，输入的是研究对象的表面形状标量表达式，只包含空间位置信息，不含法向矢量信息。而无法向矢量信息，就无法由程序来判断该分析研究对象上表面还是下表面(或内表面还是外表面)受到的羽流热影响；

(3)该方法在分析抛物面天线时，采用的面积微元为曲面梯形，由于曲面梯形沿着抛物面的顶点成放射状分布，使得远离抛物面顶点的梯形面积越来越大，不再是“微元几何”，这样使得计算微元面积的方法不再适用。即该方法计算得到的整体表面积(无数微元面积的总和)和实际情况不一致，进而影响整体热效应的计算。

发明内容

本发明所解决的技术问题是克服现有10N推力器羽流热影响分析方法的不足，提供一种既可分析形状规则设备，又可分析形状不规则设备所受羽流热影响，并且可判断所研究对象具体表面，并能准确计算得到各个面积微元的面积的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出了基于STL的通信卫星上10N推力器羽流热效应影响分析方法，包括如下步骤：

(1)由待分析对象的三维模型，得到STL格式的数据文件；

(2)根据所要分析的表面，按照法向矢量提取STL格式的数据文件中的有用信息，包括所分析表面每个三角形网格的法向矢量和三个点的空间位置信息，获得三角形网格的总数量，记为n₁；

(3)计算步骤(2)提取出来的三角形网格的面积，从第1个三角形网格i＝1开始执行步骤(4)，直至i＝n₁，记录最终得到的三角形网格数量，记为n₂，转到步骤(5)；

(4)若所分析表面转化成的三角形网格面积较大，则进行插值处理，每个三角形网格每次插值后，三角形网格的总数量增加3；若面积满足要求，则计算下一个三角形网格的面积；

(5)选择可能对待研究对象产生影响的推力器，提取其在卫星机械坐标系下的空间位置信息；

(6)对于数量为n₂的三角形网格，从第一个i＝1开始直至i＝n₂，执行步骤(7)～(11)；

(7)计算羽流场原点至第i个三角形网格中点的距离矢量

(8)计算羽流场原点至第i个三角形网格中点的分布角度κ；

(9)计算羽流场与第i个三角形网格法向矢量的夹角β；

(10)计算每个三角形网格中点处受到的羽流热影响；

(11)计算每个三角形网格受到的羽流热影响；

(12)计算数量为n₂的所有三角形网格受到的羽流热影响。

通过本发明所提出的方法，将至少具有以下效果：

(1)本发明分析的对象，不再局限于能用公式表达的具有规则形状的设备，只要提供三维模型，即可分析其表面受到的羽流热影响；

(2)本发明能够提取STL格式的数据文件自身具有的法向矢量信息，能够通过法向矢量信息屏蔽掉不需要分析的表面；

(3)本发明的微元几何采用的是最简单的多边形-三角形网格的形式，面积计算简单，所有三角形网格的面积之和与研究对象的实际表面积偏差很小；

(4)本发明可以在三维模型所得STL格式的数据文件基础上进行插值处理，使得分析的微元几何颗粒度更小，分析结果更接近实际情况；