[发明专利]一种空间飞行器外热流分析方法

摘要

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。

主权项

1.一种空间飞行器外热流分析方法，其特征在于该方法的具体步骤为：第一步 构造测温片(2)的热模型测温片(2)采取平面形式；测温片(2)的面积应小于对应的飞行器表面(1)面积，相对面积小于等于5％；测温片(2)的物理厚度为零；测温片(2)的热容为零；测温片(2)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(1)一致；测温片(2)的位置：位于对应的飞行器表面(1)的正法线一侧，在不发生干涉的情况下距离飞行器表面(1)小于等于1cm；飞行器表面(1)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(2)的数量：当飞行器表面(1)的外热流一致性好时，只使用1个测温片(2)，并将测温片(2)放在飞行器表面(1)几何中心的位置；当飞行器表面(1)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(2)，将测温片(2)均匀分布在飞行器表面(1)区域；测温片(2)姿态：测温片(2)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(2)的总外热流密度在原有飞行器热模型的飞行器表面(1)处布置一个测温片(2)；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：qall＝q1+q2+q3+q4＝εh×σ×T4   (1)公式(1)中，qall为测温片(2)单位面积吸收的总外热流密度；q1为测温片(2)单位面积吸收的太阳直接辐射热流密度；q2为测温片(2)单位面积吸收的太阳反照辐射热流密度；q3为测温片(2)单位面积吸收的地球红外辐射热流密度；q4为测温片(2)单位面积吸收的来自于周边组部件红外辐射热流密度；εh为测温片(2)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；第三步 获取外热流分析结果按正常的热仿真过程，将带有增布测温片(2)的原有飞行器热模型完成空间飞行器任务期间的温度场计算，在获取原有飞行器热模型的温度场的同时也获取了测温片(2)在任务期间任意时刻的热平衡温度T；由于εh和σ均为已知常数，根据公式(1)得到测温片(2)在任意时刻、任意位置和姿态方向吸收的总外热流；对于在飞行器表面(1)区域只布1个测温片(2)的情况，针对测温片(2)的计算结果即为对应的某飞行器表面(1)吸收的总外热流；对于在飞行器表面(1)区域均布多个测温片(2)的情况，将所有测温片(2)吸收的总外热流进行算术平均的方式，得到对应的某飞行器表面(1)吸收的总外热流；至此，完成了空间飞行器外热流分析。