[发明专利]一种面向大型空间载荷天线的机热稳定性分析方法

说明书

一种面向大型空间载荷天线的机热稳定性分析方法，解决了现有大型空间载荷天线因频繁进出地影造成的热变形过大或热致振动不收敛的问题，属于航天器热设计领域。本发明包括：步骤一、获取空间载荷天线的温度场；步骤二、根据温度场，获取热响应特征时间和结构响应特征时间，确定空间载荷天线是否发生热致振动，若是，转步骤三，否则，转步骤四；步骤三、在空间载荷天线和卫星主体之间设置带有压电片的智能杆作为传感器和作动器，根据热致振动响应利用PID控制器对智能杆进行控制；步骤四、选出空间载荷天线温度的最重要影响因素，以空间载荷天线进出地影温度差作为优化目标，计算出最重要影响因素的最优解，再结合热变形响应去优化空间载荷天线。

技术领域

本发明涉及一种面向大型空间载荷天线的机热稳定性分析方法，属于航天器热设计领域。

背景技术

随着航天科技的发展，空间载荷天线朝着大型化、大柔性、高精度方向发展。大型空间载荷天线在轨运行过程中因频繁进出地影，将会发生较大的热变形或热致振动不收敛的现象，将严重影响载荷的效能，甚至引起卫星姿态的严重变化。为实现大型空间载荷天线高成像分辨率和高指向精度的功能，势必需要理清此类热变形/热致振动的产生机理，对其进行幅值及频谱的评估、优化和抑制，并改善这类大型空间载荷天线的光机热分析流程。

发明内容

针对现有大型空间载荷天线因频繁进出地影造成的热变形过大或热致振动不收敛的问题，本发明提供一种面向大型空间载荷天线的机热稳定性分析方法。

本发明的一种面向大型空间载荷天线的机热稳定性分析方法，所述方法包括：

S1、建立空间载荷天线模型，获取空间载荷天线的温度场；

S2、根据获取的温度场，得到空间载荷天线结构每一个有限元节点上的温度，并获取热响应特征时间和结构响应特征时间，根据热响应特征时间和结构响应特征时间确定空间载荷天线是否发生热致振动，若发生了热致振动，获取热致振动响应和热变形响应，转入S3，若未发生热致振动，获取热变形响应，转入S4；

S3、在空间载荷天线和卫星主体之间设置一个带有压电片的智能杆作为传感器和作动器，根据S2获取的热致振动响应，确定PID控制器的控制参数，利用所述PID控制器对智能杆进行控制，实现抑制空间载荷天线的热致振动，转入S4；

S4、确定空间载荷天线温度的影响因素，利用正交试验在空间载荷天线温度的影响因素中选择出最重要的影响因素，以空间载荷天线进出地影温度差作为优化目标，计算出所述最重要影响因素的最优解，利用该最优解及热变形响应优化空间载荷天线，进而实现抑制热变形。

作为优选，所述方法还包括：

S5、针对光学成像的空间载荷天线，去除空间载荷天线的刚体位移后，根据空间载荷天线的结构特征点及结构特征点的中心点的热响应，利用最小二乘法进行镜片形面拟合，得到多项式系数以及反射面的倾斜误差和平移误差；根据优化后的空间载荷天线及得到的所述多项式系数、反射面的倾斜误差和平移误差，建立原始光学系统、带有六位移误差的光学系统和带有形面变化的光学系统的模型，分析光学成像的空间载荷天线因热响应而引起光学指标的变化。

作为优选，所述S1包括：

S11、建立空间载荷天线模型，根据卫星轨道的参数得到空间载荷天线进出地影的时刻和持续时间；

S12、根据空间载荷天线模型，对空间载荷天线的结构划分热网格，每一热网格对应一热节点，根据空间载荷天线进出地影的时刻和持续时间，计算各热网格之间的辐射角系数，得到每一热节点吸收和辐射的外热流大小；

S13、根据空间载荷天线模型，空间载荷天线材料的热物属性，空间载荷天线的转动角度，结合S12获得的每一热节点吸收和辐射的外热流大小，得到热节点随时间变化的温度值，即温度场。

作为优选，S2中，根据获取的温度场，得到空间载荷天线结构每一个有限元节点上的温度的方法包括：