基于外热流研究的在轨卫星热动力学响应分析
发布时间：2023-03-23 19:43
由于卫星在轨运行时周期性地遭受深冷和极热环境,这种冷热交变环境使得卫星结构温度发生剧烈的变化,结构内部温度相差巨大从而形成温度梯度与热应力,这些变化会使卫星产生热变形、热振动,从而影响卫星准确地执行任务,特别是对于那些天线需要高分辨率指向精度需求或有照相分辨率要求的卫星,研究外热流作用下卫星动力学响应的问题显得十分必要。本文研究对象是某型号在轨卫星。首先,根据轨道动力学的相关知识,利用STK软件分析了太阳同步轨道和高轨道的相关参数,包括太阳光线与轨道平面的夹角变化、卫星进出地球阴影区的时刻和持续时间,针对每个轨道分别考虑需要关心的工况:即β角最大所对应的时刻和卫星由光照区进入阴影区时刻;其次,将卫星表面细分成若干微单元面进行表面单元间的遮挡判断,基于积分方法和Nusselt球法进行辐射角系数的求解,并给出求解太阳辐射外热流、地球红外外热流和地球红外反照热流的计算公式,与Thermal Desktop软件中计算所得的外热流情况做对比;接着,根据卫星各面接收外热流的情况合理选择的散热面,采用涂层这种热控手法将星内温度控制在合理的范围内,利用基于热网格理论、蒙特卡洛法和八叉树法的Sinda ...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的来源及课题研究的意义
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
1.2.1 空间外热流的研究现状
1.2.2 卫星热分析的研究现状
1.2.3 热环境作用下动力学响应的研究现状
1.2.4 国内外研究现象分析总结
1.3 本文主要研究内容和研究方案
第2章 理论基础
2.1 引言
2.1.1 在轨卫星所受空间外热流类型
2.1.2 在轨卫星热传递方式
2.2 在轨卫星换热相关系数计算
2.2.1 辐射换热角系数
2.2.2 地球红外辐射角系数
2.2.3 地球反照角系数
2.2.4 辐射交换系数
2.3 轨道外热流的计算
2.3.1 太阳辐射外热流
2.3.2 地球红外外热流
2.3.3 地球红外反照热流
2.4 温度场作用下热物性能变化
2.5 本章小结
第3章 某型号卫星在轨热分析
3.1 引言
3.2 轨道分析
3.2.1 轨道参数
3.2.2 STK简介
3.2.3 太阳矢量确定部件是否进入阴影区
3.2.4 利用STK进行轨道分析的步骤
3.2.5 根据仿真结果分析典型工况
3.3 基于ThermalDesktop求解卫星外热流
3.3.1 ThermalDesktop中求解外热流步骤
3.3.2 轨道一工况一外热流变化情况
3.3.3 轨道一工况二外热流变化情况
3.3.4 轨道二工况一外热流变化情况
3.3.5 轨道二工况二外热流变化情况
3.4 基于ThermalDesktop求解卫星温度场
3.4.1 温度场求解理论
3.4.2 基于ThermalDesktop在轨卫星热分析原理
3.4.3 温度场分析的有限元法原理
3.4.4 利用Sinda/Fluint求解在轨卫星温度场
3.4.5 根据外热流结果确定涂层
3.4.6 ThermalDesktop求解温度场步骤
3.4.7 结果
3.5 本章小结
第4章 某型号在轨卫星热-动力学响应
4.1 引言
4.2 模型建立
4.2.1 蜂窝夹层板的等效力学参数
4.2.2 在轨卫星热力耦合计算方法
4.2.3 在轨卫星有限元建模
4.3 卫星模态分析
4.3.1 Abaqus中模态分析的步骤
4.3.2 三种温度场作用下频率和振型
4.4 正弦激励下的动力学响应
4.4.1 正弦分析步骤
4.4.2 工况一正弦激励响应
4.4.3 工况二正弦响应
4.4.4 工况三正弦响应
4.5 温度场作用下随机激励的动力学响应
4.5.1 随机激励响应的基本原理
4.5.2 Abaqus中随机激励响应的实现步骤
4.5.3 工况一随机激励响应
4.5.4 工况二随机激励响应
4.5.5 工况三随机振动响应
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
本文编号：3768629
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的来源及课题研究的意义
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
1.2.1 空间外热流的研究现状
1.2.2 卫星热分析的研究现状
1.2.3 热环境作用下动力学响应的研究现状
1.2.4 国内外研究现象分析总结
1.3 本文主要研究内容和研究方案
第2章 理论基础
2.1 引言
2.1.1 在轨卫星所受空间外热流类型
2.1.2 在轨卫星热传递方式
2.2 在轨卫星换热相关系数计算
2.2.1 辐射换热角系数
2.2.2 地球红外辐射角系数
2.2.3 地球反照角系数
2.2.4 辐射交换系数
2.3 轨道外热流的计算
2.3.1 太阳辐射外热流
2.3.2 地球红外外热流
2.3.3 地球红外反照热流
2.4 温度场作用下热物性能变化
2.5 本章小结
第3章 某型号卫星在轨热分析
3.1 引言
3.2 轨道分析
3.2.1 轨道参数
3.2.2 STK简介
3.2.3 太阳矢量确定部件是否进入阴影区
3.2.4 利用STK进行轨道分析的步骤
3.2.5 根据仿真结果分析典型工况
3.3 基于ThermalDesktop求解卫星外热流
3.3.1 ThermalDesktop中求解外热流步骤
3.3.2 轨道一工况一外热流变化情况
3.3.3 轨道一工况二外热流变化情况
3.3.4 轨道二工况一外热流变化情况
3.3.5 轨道二工况二外热流变化情况
3.4 基于ThermalDesktop求解卫星温度场
3.4.1 温度场求解理论
3.4.2 基于ThermalDesktop在轨卫星热分析原理
3.4.3 温度场分析的有限元法原理
3.4.4 利用Sinda/Fluint求解在轨卫星温度场
3.4.5 根据外热流结果确定涂层
3.4.6 ThermalDesktop求解温度场步骤
3.4.7 结果
3.5 本章小结
第4章 某型号在轨卫星热-动力学响应
4.1 引言
4.2 模型建立
4.2.1 蜂窝夹层板的等效力学参数
4.2.2 在轨卫星热力耦合计算方法
4.2.3 在轨卫星有限元建模
4.3 卫星模态分析
4.3.1 Abaqus中模态分析的步骤
4.3.2 三种温度场作用下频率和振型
4.4 正弦激励下的动力学响应
4.4.1 正弦分析步骤
4.4.2 工况一正弦激励响应
4.4.3 工况二正弦响应
4.4.4 工况三正弦响应
4.5 温度场作用下随机激励的动力学响应
4.5.1 随机激励响应的基本原理
4.5.2 Abaqus中随机激励响应的实现步骤
4.5.3 工况一随机激励响应
4.5.4 工况二随机激励响应
4.5.5 工况三随机振动响应
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
本文编号：3768629
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