[发明专利]一种空间飞行器外热流分析方法

说明书

本发明公开了一种空间飞行器外热流分析方法，针对外热流分析上的困难和麻烦，提出了一种新的间接分析方法：使用温度场计算用同一套飞行器热分析模型，增加专门构造且模型简易的测温片(2)，通过计算结果中获取的测温片(2)的温度，换算成飞行器表面(1)实际吸收的总外热流。该方法不仅提高了外热流分析的效率和精度，而且适用于各种复杂构型的空间飞行器。

技术领域

本发明涉及一种外热流分析方法，特别是一种空间飞行器外热流分析方法。

背景技术

外热流分析是空间飞行器热分析中的一个重要环节。外热流分析通常采用直接方法，即基于空间飞行器温度场计算的同一套飞行器热分析模型，从其结果中直接提取外热流数据。但该方法较为困难，如飞行器某表面的热构型、网格划分策略可能不具备代表性，或者需获取特定位置特定角度方向的外热流情况时，该方法的灵活性不够。还有一种处理方法是重新构建一套通常较为规则且简化的飞行器表面热模型，以专门用于外热流分析。这种方法可以较好的获取总外热流中来自太阳、地球的外热流，但由于该简化模型不求解真实的温度场，无法获取来自周边飞行器表面的红外辐射热流。因此，目前在空间飞行器的外热流的分析上存在一系列的困难或麻烦。

发明内容

本发明目的在于提供一种空间飞行器外热流分析方法，解决以往方法在获取任意位置处和来自任意方向的外热流的灵活性不够、存在无法同时获取来自周边飞行器表面的红外辐射热流部分的缺陷，给外热流分析工作带来困难或麻烦的问题。

一种空间飞行器外热流分析方法的具体步骤为：

第一步构造测温片的热模型

测温片采取平面形式。测温片的面积应小于对应的飞行器表面面积，相对面积小于等于5％。测温片的物理厚度为零。测温片的热容为零。测温片只有单面参与热辐射传热，且单面的太阳吸收率、红外半球发射率应与对应的飞行器表面一致。

测温片的位置：位于对应的飞行器表面的正法线一侧，在不发生干涉的情况下距离飞行器表面小于等于1cm。

飞行器表面的外热流一致性好：表面区域为一个平面且只接收到太阳外热流或地球外热流，不存在其它表面的红外热流，或其它表面的红外热流忽略，或其它表面的红外热流分布均匀的情况；表面区域朝向宇宙冷黑背景，不接收太阳外热流和地球外热流，不存在其它表面的红外热流，或其它表面的红外热流忽略，或其它表面的红外热流分布均匀的情况。

测温片的数量：当飞行器表面的外热流一致性好时，只使用1个测温片，并将测温片放在飞行器表面几何中心的位置；当飞行器表面的外热流一致性不好时，或进行外热流一致性分析时，使用多个测温片，将测温片均匀分布在飞行器表面区域。

测温片姿态：测温片参与热辐射传热一面的正法线方向应与待分析的外热流方向一致。

第二步确定测温片的总外热流密度

在原有飞行器热模型的飞行器表面处布置一个测温片。根据能量平衡原理和热辐射四次方定律，在任意时刻任意位置，参与热辐射传热一侧吸收的总外热流等于侧对外红外辐射热流，热平衡方程为：

q_all＝q₁+q₂+q₃+q₄＝ε_h×σ×T⁴ (1)

公式(1)中，q_all为测温片单位面积吸收的总外热流密度；q₁为测温片单位面积吸收的太阳直接辐射热流密度；q₂为测温片单位面积吸收的太阳反照辐射热流密度；q₃为测温片单位面积吸收的地球红外辐射热流密度；q₄为测温片单位面积吸收的来自于周边组部件红外辐射热流密度；ε_h为测温片参与热辐射传热的一面正法线方向表面红外半球发射率；σ为黑体辐射常数；T为热力学温度。