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深空探测器热控系统方案设计与仿真研究

作　者: 郜雨琛
导　师: 张泽旭
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 深空探测热控系统辐射换热热网络双层集总参数
分类号: V476
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 46次
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内容摘要

作为航天器一个重要的分系统,热控系统在保障探测器正常工作方面具有重要的作用。深空探测器由于飞行任务和探测目标的原因,其热环境与近地卫星有很大的差异。为了能使其正常工作,必须在现有的热控技术基础上进行统筹规划,合理安排加热和散热途径。深空探测器热控技术是在近地卫星的基础上发展起来的,一般遵循被动控制为主、主动控制为辅的原则。为了寻求一个合理的热控方案,本文以某探测器具体的探测任务和温控需求为背景,通过对其空间外热流变化的计算,设计出一套初步的热控方案,包括整体的热控措施和一些重要仪器和有效载荷的热控设计。在热分析方面,目前常用的方法是热网络法,其一个重要的网络参数就是辐射换热的计算。在计算辐射换热系数之前,一般要先计算角系数,但由于探测器内部仪器布置复杂和形状的不规则性,使其计算非常困难。所以在本部分内容中,介绍了利用蒙特卡洛射线追踪法计算角系数的原理。进而给出了计算探测器内部辐射换热的方法。为了验证热控方案的可行性,本文给出了探测器稳态温度和瞬态温度计算的方法。在稳态温度计算上,通过对建立的探测器简化几何模型和数学模型的分析,划分了节点,并分别在百叶窗关闭和打开时实现了探测器稳态温度的计算。在瞬态温度的计算上,为了克服热网络方法的计算量大和方程具有刚性的缺点,给出一种基于双层集总参数的计算方法,建立了双层集总参数的数学模型。最后对热分析误差产生的原因进行系统分析。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外热控设计与分析研究现状  10-15
    1.2.1 热设计的研究现状  10-13
    1.2.2 热分析的研究现状  13-15
  1.3 本文研究的主要内容  15-17
第2章任务分析与热控方案设计  17-33
  2.1 探测器结构与温控要求  17-18
    2.1.1 探测器主体结构和仪器布局  17
    2.1.2 温控设计要求  17-18
  2.2 任务分析与设计原则  18-21
    2.2.1 任务分析  18-21
    2.2.2 设计原则  21
  2.3 空间外热流计算与工况选择  21-24
    2.3.1 太阳辐射热流计算  21-24
    2.3.2 设计工况选择  24
  2.4 热控系统方案设计  24-31
    2.4.1 热控系统组成  24-26
    2.4.2 服务舱热控设计方案  26-28
    2.4.3 散热面设计  28-29
    2.4.4 探测器主要仪器设备温控设计  29-31
    2.4.5 有效载荷热控设计  31
    2.4.6 接触热阻的处理  31
  2.5 热控系统对结构设计的一些要求  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章探测器内部辐射换热的计算  33-42
  3.1 辐射角系数计算  33-38
    3.1.1 角系数的定义和性质  33-34
    3.1.2 计算角系数的蒙特卡洛方法  34-37
    3.1.3 算例分析  37-38
  3.2 辐射换热计算  38-41
    3.2.1 射线追踪法  38-39
    3.2.2 杰勃哈特法  39-41
  3.3 本章小结  41-42
第4章深空探测器温度计算  42-56
  4.1 热分析的一般流程  42-43
  4.2 热网络理论  43-45
  4.3 模型的建立与简化  45-46
    4.3.1 建模的基本依据  45-46
    4.3.2 物理模型的简化  46
  4.4 探测器稳态温度计算  46-50
    4.4.1 几何模型的简化和节点划分  46-47
    4.4.2 数学模型的建立与温度计算  47-50
    4.4.3 误差定性分析  50
  4.5 探测器瞬态温度计算  50-55
    4.5.1 探测器瞬态温度计算方法  51-53
    4.5.2 仿真计算  53-55
  4.6 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-63
致谢  63

深空探测器热控系统方案设计与仿真研究

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