專利名稱:一種復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于航天器熱控制技術(shù)領(lǐng)域,涉及ー種大型復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱試驗方法。
背景技術(shù):
隨著航天技術(shù)的發(fā)展,復(fù)雜大型空間機構(gòu)開始在航天器上應(yīng)用,大型復(fù)雜空間轉(zhuǎn)動機構(gòu)在軌為運動狀態(tài),其在軌姿態(tài)多變,外熱流也復(fù)雜多變,在軌所面臨的環(huán)境條件極為惡劣。鑒于目前地面熱試驗?zāi)M外熱流方法的局限性以及空間機構(gòu)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,復(fù)雜大型空間機構(gòu)的地面熱試驗驗證也成為了ー個難題。復(fù)雜大型空間機構(gòu)在地面熱試驗中要求動作,而為消除地面重力影響,輔助空間機構(gòu)的運動,在地面熱試驗中需要為空間機構(gòu)設(shè)計試驗エ裝輔助其動作,試驗エ裝的引入難免會對空間機構(gòu)的試驗驗證造成影響。另外,現(xiàn)今航天器地面熱試驗的外熱流模擬方法中,通常有以下的幾種方法使用太陽模擬器來模擬、紅外加熱模擬吸收熱流法(如紅外籠、紅外燈陣)、表面接觸式電加熱器。對于復(fù)雜大型空間機構(gòu)來說,采用太陽模擬器來模擬其在軌外熱流是最佳方法, 該方法屬真實模擬方法,能模擬太陽輻照的準直性和空間輻照均勻性,使用于這種外形復(fù)雜、在軌姿態(tài)多變、外熱流復(fù)雜多變的空間機構(gòu)。但鑒于目前國內(nèi)的實際條件有限,無可適用于大型空間機構(gòu)的太陽模擬器,則此方法不能采用。紅外模擬方法適用于外形簡單、試驗過程中固定不動的試驗件,對于這種復(fù)雜大型空間機構(gòu)來說,是不適用的。對于復(fù)雜大型空間機構(gòu),現(xiàn)階段最好的選擇只能采用表面接觸式電加熱器來模擬外熱流。表面接觸式電加熱器方法外熱流模擬穩(wěn)定、準確,熱響應(yīng)快,適用瞬態(tài)模擬。但空間機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,還有多處運動部位;使用電加熱片無法模擬的部位包括轉(zhuǎn)動機構(gòu)處、構(gòu)型復(fù)雜無法粘貼加熱片的地方、試驗エ裝與空間機構(gòu)的連接處以及空間機構(gòu)鎖緊釋放機構(gòu)的分離部位等。另外,地面熱試驗中試驗エ裝的引入,也導(dǎo)致了對空間機構(gòu)外熱流有較大遮擋影響以及對安裝面溫度傳導(dǎo)影響的航天器不能模擬。以上幾種因素的影響,均導(dǎo)致了大型復(fù)雜空間機構(gòu)地面熱試驗與其在軌狀態(tài)的差異,且影響較大,則地面熱試驗如何來實現(xiàn)對空間機構(gòu)的驗證就成為ー個難以解決問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前地面模擬條件有限,在無大型太陽模擬器的情況下及地面試驗エ 裝(輔助大型復(fù)雜空間機構(gòu)動作)引入的情況下,提出了一種復(fù)雜空間機構(gòu)地面熱試驗方法,利用了熱分析計算及熱試驗相結(jié)合的方法,實現(xiàn)了大型復(fù)雜空間機構(gòu)建地面熱試驗的驗證工作。該復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱試驗方法,包括以下步驟第一歩在復(fù)雜空間機構(gòu)控制器及相機的散熱面上粘貼用于模擬外熱流的加熱片,再在加熱片上噴涂與散熱面涂層相同發(fā)射率的替代涂層;
第二步對地面試驗エ裝進行熱控試驗,在地面試驗エ裝上與復(fù)雜空間機構(gòu)的連接處軸承外圈上設(shè)置加熱回路,該加熱回路對其在復(fù)雜空間機構(gòu)上轉(zhuǎn)動軸上連接處進行跟蹤控溫,減小連接軸承對復(fù)雜空間機構(gòu)轉(zhuǎn)動軸的熱影響;第三歩建立與地面試驗エ裝一體的空間機構(gòu)在空間模擬器內(nèi)的試驗?zāi)P?,并對試驗中各種エ況進行熱分析計算;第四步對安裝了地面試驗エ裝的復(fù)雜空間機構(gòu)進行熱控實施,包括粘貼用于控溫的加熱片、測控溫溫度傳感器、包覆用于隔熱的多層隔熱材料;完成后空間機構(gòu)按照試驗中的運動模式進行動作檢查;第五步開始復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱平衡試驗;第六步利用試驗數(shù)據(jù)對復(fù)雜空間機構(gòu)地面試驗的熱分析計算模型進行修正;再利用修正的試驗?zāi)P蛠硇拚龔?fù)雜空間機構(gòu)的在軌飛行模型,對復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的在軌飛行溫度進行預(yù)估。采用電加熱片來模擬其在軌外熱流;且只模擬復(fù)雜大型空間機構(gòu)散熱面的外熱流,對于其余表面的外熱流不模擬;航天器對空間機構(gòu)安裝面的影響按照在軌計算溫度來定溫模擬、本發(fā)明的有益效果本發(fā)明是針對復(fù)雜大型空間機構(gòu)的地面熱試驗驗證方法。目前地面模擬條件有限,在無大型太陽模擬器的情況下及地面試驗エ裝(輔助大型復(fù)雜空間機構(gòu)動作)引入的情況下,提出了其地面熱試驗驗證方法,利用了熱分析計算及熱試驗相結(jié)合的方法,實現(xiàn)了大型復(fù)雜空間機構(gòu)建地面熱試驗的驗證工作。
圖1為安裝了地面エ裝的復(fù)雜空間機構(gòu)示意圖;其中1-轉(zhuǎn)動軸;2-控制器;3-散熱面;4-相機;
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步介紹。第一歩在復(fù)雜空間機構(gòu)控制器2及相機4的散熱面3上粘貼用于模擬外熱流的加熱片,再在加熱片上噴涂與散熱面涂層相同發(fā)射率的替代涂層;在地面熱試驗中,需要對其在軌外熱流進行模擬;目前試驗條件有限,采用了電加熱片來模擬其在軌外熱流;且不同于一般地面熱試驗的外熱流模擬,電加熱片只模擬復(fù)雜大型空間機構(gòu)散熱面的外熱流, 對于其余表面的外熱流均不模擬;第二步對地面試驗エ裝進行熱控設(shè)計,在地面試驗エ裝上與復(fù)雜空間機構(gòu)的連接處軸承外圈上設(shè)置加熱回路,該加熱回路對其在復(fù)雜空間機構(gòu)上轉(zhuǎn)動軸1上連接處進行跟蹤控溫,減小連接軸承對復(fù)雜空間機構(gòu)轉(zhuǎn)動軸的熱影響;且對地面試驗エ裝進行熱控設(shè)計,以保證試驗エ裝上的轉(zhuǎn)動機構(gòu)在低至100K的空間模擬器內(nèi)可以正常轉(zhuǎn)動;復(fù)雜大型空間機構(gòu)是安裝在航天器上,在軌會受到航天器對其外熱流的遮擋影響及對其安裝面的溫度傳導(dǎo)影響。地面熱試驗中需要引入試驗ェ裝來輔助其動作以消除重力影響,地面試驗ェ 裝的引入導(dǎo)致地面熱試驗中無法模擬航天器,則航天器對空間機構(gòu)背景外熱流的影響不模擬;航天器對空間機構(gòu)安裝面的影響按照在軌計算溫度來定溫模擬。航天器熱控設(shè)計需要參與復(fù)雜大型空間機構(gòu)地面試驗エ裝的總體設(shè)計,把地面試驗エ裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計與熱控設(shè)計結(jié)合起來,在地面試驗エ裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分考慮對于空間機構(gòu)的影響以及エ裝自身的熱控設(shè)計一方面減小地面試驗エ裝對空間機構(gòu)的熱影響;另一方面,地面試驗エ裝為保證復(fù)雜大型空間機構(gòu)在地面熱試驗中的運動,試驗エ裝上也需要設(shè)計多處的運動機構(gòu),而在真空模擬器內(nèi)的低溫環(huán)境下,試驗エ裝上的運動機構(gòu)也需要進行熱控設(shè)計,以保證試驗エ 裝在熱試驗過程中的溫度,進而保障空間機構(gòu)在真空模擬器內(nèi)的正常運動;所以在試驗エ 裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要充分考慮到其熱控實施的可行性。第三歩建立與地面試驗エ組成一體的空間機構(gòu)在空間模擬器內(nèi)的試驗?zāi)P?,并對試驗中各種エ況進行熱分析計算;鑒于復(fù)雜空間機構(gòu)上只有散熱面3的外熱流模擬,而其余外表面的外熱流不模擬,會導(dǎo)致復(fù)雜空間機構(gòu)的溫度較低,在計算分析時需要確認此狀態(tài)下復(fù)雜空間機構(gòu)及地面試驗エ裝的各個部件最低溫度均在其正常工作的溫度范圍內(nèi), 以防該機構(gòu)連同エ裝因溫度過低而導(dǎo)致不能轉(zhuǎn)動;第四步對安裝了地面試驗エ裝的復(fù)雜空間機構(gòu)進行熱控實施,包括粘貼用于控溫的加熱片、測控溫溫度傳感器、包覆用于隔熱的多層隔熱材料等;需要注意的是熱控實施不得影響空間機構(gòu)及地面試驗エ裝的正常運動;在熱控總裝完成后,空間機構(gòu)需要按照試驗中的運動模式進行動作檢查;鑒于針對復(fù)雜大型空間機構(gòu)的地面熱試驗中,模擬外熱流及背景外熱流模擬與在軌外熱流的差異較大,而地面熱試驗エ裝的引入又増加了對空間機構(gòu)的影響。則針對復(fù)雜大型空間機構(gòu)的地面熱試驗驗證是不同于一般航天器的地面熱試驗,主要是對復(fù)雜大型空間機構(gòu)熱分析計算模型的驗證,需要專門針對大型復(fù)雜空間機構(gòu)建立地面熱試驗熱分析計算模型,以試驗結(jié)果來對熱分析計算模型來進行修正,再以修正后的試驗?zāi)P蛠硇拚谲夛w行模型,最終來對空間機構(gòu)在軌飛行溫度進行預(yù)示。第五步開始復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱平衡試驗;第六步利用試驗數(shù)據(jù)對復(fù)雜空間機構(gòu)地面試驗的熱分析計算模型進行修正;再利用修正的試驗?zāi)P蛠硇拚龔?fù)雜空間機構(gòu)的在軌飛行模型,對復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的在軌飛行溫度進行預(yù)估。
權(quán)利要求
1.復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱試驗方法,其特征在干,包括以下步驟第一歩在復(fù)雜空間機構(gòu)控制器及相機的散熱面上粘貼用于模擬外熱流的加熱片,再在加熱片上噴涂與散熱面涂層相同發(fā)射率的替代涂層;第二步對地面試驗エ裝進行熱控試驗,在地面試驗エ裝上與復(fù)雜空間機構(gòu)的連接處軸承外圈上設(shè)置加熱回路,該加熱回路對其在復(fù)雜空間機構(gòu)上轉(zhuǎn)動軸上連接處進行跟蹤控溫,減小連接軸承對復(fù)雜空間機構(gòu)轉(zhuǎn)動軸的熱影響;第三歩建立與地面試驗エ裝一體的空間機構(gòu)在空間模擬器內(nèi)的試驗?zāi)P?,并對試驗中各種エ況進行熱分析計算;第四步對安裝了地面試驗エ裝的復(fù)雜空間機構(gòu)進行熱控實施,包括粘貼用于控溫的加熱片、測控溫溫度傳感器、包覆用于隔熱的多層隔熱材料;完成后空間機構(gòu)按照試驗中的運動模式進行動作檢查;第五步開始復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱平衡試驗;第六步利用試驗數(shù)據(jù)對復(fù)雜空間機構(gòu)地面試驗的熱分析計算模型進行修正;再利用修正的試驗?zāi)P蛠硇拚龔?fù)雜空間機構(gòu)的在軌飛行模型,對復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的在軌飛行溫度進行預(yù)估。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱試驗方法,其特征在干,采用電加熱片來模擬其在軌外熱流;且只模擬復(fù)雜大型空間機構(gòu)散熱面的外熱流,對于其余表面的外熱流不模擬。
3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱試驗方法,其特征在于,航天器對空間機構(gòu)安裝面的影響按照在軌計算溫度來定溫模擬。
全文摘要
本發(fā)明為一種復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱試驗方法,屬于航天器熱控制技術(shù)領(lǐng)域。首先在復(fù)雜空間機構(gòu)控制器及相機的散熱面上粘貼用于模擬外熱流的加熱片,再在加熱片上噴涂與散熱面涂層相同發(fā)射率的替代涂層;再對地面試驗工裝進行熱控試驗,然后建立與地面試驗工裝一體的空間機構(gòu)在空間模擬器內(nèi)的試驗?zāi)P停υ囼炛懈鞣N工況進行熱分析計算;對安裝了地面試驗工裝的復(fù)雜空間機構(gòu)進行熱控實施,開始復(fù)雜空間機構(gòu)的地面熱平衡試驗;利用試驗數(shù)據(jù)對復(fù)雜空間機構(gòu)地面試驗的熱分析計算模型進行修正;再利用修正的試驗?zāi)P蛠硇拚龔?fù)雜空間機構(gòu)的在軌飛行模型,對復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的在軌飛行溫度進行預(yù)估。實現(xiàn)了大型復(fù)雜空間機構(gòu)建地面熱試驗的驗證工作。
文檔編號G01M99/00GK102539181SQ20111040679
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者任紅艷, 趙欣 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計部