在轨变工况环境下卫星热分析及单机热控优化研究

发布时间：2017-09-24 15:17

  本文关键词：在轨变工况环境下卫星热分析及单机热控优化研究

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【摘要】：随着空间科学技术的高速发展,人类对太空进行了越来越多的探索。尤其是进入21世纪以来,世界各国争先恐后发展航天事业,我国也取得了许多突破性的进展。航天技术不仅体现一个国家的科技水平,而且还给我们的日常生活的各个方面带来了很多便利。因此发展航天事业至关重要,其中一个关键环节就是做好卫星的热分析。针对传统热控系统的不足之处,许多学者对其进行了研究,并提出了优化方案,但仍然不能完全满足卫星发展的需要。因此,本文对在轨变工况下的卫星热分析以及单机温度优化方案进行了研究。通过分别采用蒙特卡洛法和有限元法计算卫星的外部热流和整星的温度分布,本文对假想的卫星模型进行了热分析。针对整星温度分布上存在的问题,本文提出了液态金属微通道热控优化方案并对其进行了相似分析和量纲分析。然后,本文从电磁泵的性能和微通道的形状两方面入手,对液态金属微通道热控系统的工作性能进行了探讨,并且将优化系统应用到不同姿态下的卫星中,分别对局部单机和大范围多单机温度梯度过大的问题进行了优化计算。最后,本文分析了影响单机温度的各种因素,并且对其进行了敏感性分析。数值计算结果表明:卫星表面的外热流受姿态的影响较大,有明显的周期性;当某表面分别处于向日侧和背日侧时,外热流差异很大;星内单机的温度受自身功率、相邻单机温度、临近结构温度和外热流的影响;电磁泵的功率增大会强化液态金属微通道换热器的换热效果;在流量相等的条件下,矩形微通道换热器在各种形状中换热效果最好;液态金属微通道换热系统可以有效实现对卫星单机及局域温度梯度的调控;单机表面涂层发射率对单机温度影响最大。
【关键词】：卫星热分析 热控优化方案 微通道换热器 敏感性分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V474
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 研究现状10-14
• 1.2.1 卫星热控制技术研究现状10-12
• 1.2.2 热控制优化方案研究现状12-13
• 1.2.3 液态金属热控制研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 典型卫星结构的热分析16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 典型卫星模型16-22
• 2.2.1 几何模型17-18
• 2.2.2 网格划分18-20
• 2.2.3 各向异性材料20-22
• 2.3 外部辐射热流22-26
• 2.3.1 辐射换热模型22-24
• 2.3.2 外部辐射热流的计算24-26
• 2.4 整星温度场分析26-30
• 2.4.1 传热模型26-27
• 2.4.2 温度计算27-29
• 2.4.3 推进管路温度计算29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 单机热控优化方案32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 液态金属微通道方案32-35
• 3.2.1 方案设计32-34
• 3.2.2 基本原理34-35
• 3.3 液态金属微通道换热性能分析35-39
• 3.3.1 相似分析35-37
• 3.3.2 量纲分析37-38
• 3.3.3 主要影响因素38-39
• 3.4 液态金属微通道的数值计算39-47
• 3.4.1 微通道的截面形状和排布39-42
• 3.4.2 矩形微通道的高宽比42-44
• 3.4.3 矩形微通道的条数44-45
• 3.4.4 实验关联式45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 微通道散热在单机热控优化中的应用48-57
• 4.1 引言48
• 4.2 微通道的局部热控应用48-51
• 4.2.1 模型设计48-50
• 4.2.2 优化方案的效果计算50-51
• 4.3 微通道的多单机热控应用51-54
• 4.3.1 模型设计51-52
• 4.3.2 优化方案的效果计算52-54
• 4.4 主动加热优化方案54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第5章 单机温度的敏感性分析57-67
• 5.1 引言57
• 5.2 敏感性分析原理57-58
• 5.3 典型物性敏感性计算58-65
• 5.3.1 单机接触热阻58-60
• 5.3.2 结构板的导热系数60-62
• 5.3.3 单机表面涂层的发射率62-63
• 5.3.4 散热面发射率63-65
• 5.4 综合比较分析65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74

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