[发明专利]一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及航天控制技术领域，具体的说，是一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验方法及系统。

背景技术

目前热平衡试验根据试验状态可以分为：稳态热平衡试验和瞬变热平衡试验。所述稳态热平衡试验是在轨道周期积分平均外热流模拟和恒定内热源工作模式下，在模拟空间真空、低温环境中，试验对象温度由初始温度分布变化至趋于稳定的平衡温度分布的试验。所述瞬变热流模拟是更接近于卫星飞行轨道的真实空间轨道外热流环境和瞬态工作模式下的验证试验，其能够获得卫星有关组件的实际在轨工作过程中的瞬态温度变化的最高温度和最低温度，以及温度瞬态变化情况。在热平衡试验过程中，必须进行外热流模拟，而根据外热流模拟形式又可以分为：太阳灯模拟加热模拟试验、红外辐射加热模拟试验以及吸收热流模拟试验。所述太阳灯模拟试验是指在真空热器内，利用太阳模拟器与运动模拟器，模拟卫星在轨不同飞行姿态下的太阳照射工况，该方法具有直观、真实、数据可靠以及精度高等特点。所述吸收热流模拟试验能够有效地模拟瞬态情况。所述红外辐射加热模拟试验由于辐射加热时间滞后性原因，不宜模拟瞬态情况。

在卫星的热平衡试验时，所述稳态热流模拟的应用比较广泛，但是所述稳态热流模拟并非是卫星在轨运行的真实工作状态，而是一种近似和简化的情况。这种近似和简化虽然可以获取卫星温度大致的范围，但是无法反映卫星上的各仪器因受外热流或内热源的影响所产生的瞬态温度变化情况，因此无法确定各仪器在轨所处的高温、低温两个温度极值，无法判读仪器的温度能否满足指标要求。

另外，在上述太阳灯模拟试验中所使用的太阳灯虽然比较真实，但是其存在设备体积庞大、技术较复杂、运行维护费用高等情况，因此实现瞬态热平衡模拟比较困难。而在上述红外辐射加热模拟试验中所使用的红外笼或红外灯阵等，加热时间滞后性较大，其辅助设备容易对卫星表面产生较大的辐射遮挡影响，且模拟加热偏差和不均匀性较大，实现瞬态外热流模拟比较困难，且模拟误差要大。

同时，随着小微型卫星技术的不断发展，卫星内部热功耗小，卫星温度受外部环境变化影响大，热平衡试验需要真实模拟卫星在轨的瞬态热环境变化，因此对实现模拟瞬态热平衡的需求显得日益突出。有鉴于此，亟需提供一种瞬态热平衡试验方法及系统以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验方法，其能够在大小有限的真空试验容器内模拟卫星在轨的外热流瞬态变化情况，从而获得卫星在轨的真实温度数据，验证热设计的正确性和准确性。

为实现上述目的，本发明提供一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验方法，包括以下步骤：（1）计算卫星在轨运行时卫星的至少一表面的空间轨道外热流，以获取一第一外热流的模拟加热功率值；（2）计算太阳能帆板对所述卫星的至少一表面的辐射加热热流，以获取一第二外热流的模拟加热功率值；（3）计算真空试验容器的热沉对所述卫星的至少一表面的辐射加热热流，以获取一第三外热流的模拟加热功率值；（4）根据所述第一外热流的模拟加热功率值、第二外热流的模拟加热功率值和第三外热流的模拟加热功率值，获取一外热流模拟加热总功率值；（5）在卫星的至少一表面设置加热器，并且通过程控直流稳压电源所输出的一电流加载于所述加热器，同时根据所述外热流模拟加热总功率值进行加热，以实现辐射耦合传热等效模拟。

作为可选的技术方案，步骤（2）中进一步包括步骤：根据预设太阳能帆板外热流值和预设工况瞬态卫星总热功耗值计算太阳能帆板的瞬态温度；

根据太阳能帆板对所述卫星的至少一表面的辐射可见性位置关系，计算太阳能帆板对所述卫星的至少一表面的辐射交换系数；

根据所述瞬态温度和所述辐射交换系数获取太阳能帆板对所述卫星的至少一表面的辐射加热热流。

作为可选的技术方案，在步骤（5）中，所述加热器设置在所述卫星的至少一表面的散热面区域或隔热组件外层。

作为可选的技术方案，在所述加热器上设置一热控涂层。

本发明的另一目的在于，提供一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验系统，包括：一第一外热流模拟加热功率获取模块，用于计算卫星在轨运行时卫星的至少一表面的空间轨道外热流，以获取一第一外热流的模拟加热功率值；

一第二外热流模拟加热功率获取模块，用于计算太阳能帆板对所述卫星的至少一表面的辐射加热热流，以获取一第二外热流的模拟加热功率值；

一第三外热流模拟加热功率获取模块，用于计算真空试验容器的热沉对所述卫星的至少一表面的辐射加热热流，以获取一第三外热流的模拟加热功率值；