CN102539181B - 一种复杂空间机构的地面热试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种复杂空间机构的地面热试验方法，属于航天器热控制技术领域。首先在复杂空间机构控制器及相机的散热面上粘贴用于模拟外热流的加热片，再在加热片上喷涂与散热面涂层相同发射率的替代涂层；再对地面试验工装进行热控试验，然后建立与地面试验工装一体的空间机构在空间模拟器内的试验模型，并对试验中各种工况进行热分析计算；对安装了地面试验工装的复杂空间机构进行热控实施，开始复杂空间机构的地面热平衡试验；利用试验数据对复杂空间机构地面试验的热分析计算模型进行修正；再利用修正的试验模型来修正复杂空间机构的在轨飞行模型，对复杂空间结构的在轨飞行温度进行预估。实现了大型复杂空间机构建地面热试验的验证工作。

Description

一种复杂空间机构的地面热试验方法

技术领域

本发明属于航天器热控制技术领域，涉及一种大型复杂空间机构的地面热试验方法。

背景技术

随着航天技术的发展，复杂大型空间机构开始在航天器上应用，大型复杂空间转动机构在轨为运动状态，其在轨姿态多变，外热流也复杂多变，在轨所面临的环境条件极为恶劣。鉴于目前地面热试验模拟外热流方法的局限性以及空间机构结构的复杂性，复杂大型空间机构的地面热试验验证也成为了一个难题。

复杂大型空间机构在地面热试验中要求动作，而为消除地面重力影响，辅助空间机构的运动，在地面热试验中需要为空间机构设计试验工装辅助其动作，试验工装的引入难免会对空间机构的试验验证造成影响。另外，现今航天器地面热试验的外热流模拟方法中，通常有以下的几种方法：使用太阳模拟器来模拟、红外加热模拟吸收热流法(如红外笼、红外灯阵)、表面接触式电加热器。

对于复杂大型空间机构来说，采用太阳模拟器来模拟其在轨外热流是最佳方法，该方法属真实模拟方法，能模拟太阳辐照的准直性和空间辐照均匀性，使用于这种外形复杂、在轨姿态多变、外热流复杂多变的空间机构。但鉴于目前国内的实际条件有限，无可适用于大型空间机构的太阳模拟器，则此方法不能采用。红外模拟方法适用于外形简单、试验过程中固定不动的试验件，对于这种复杂大型空间机构来说，是不适用的。对于复杂大型空间机构，现阶段最好的选择只能采用表面接触式电加热器来模拟外热流。表面接触式电加热器方法外热流模拟稳定、准确，热响应快，适用瞬态模拟。但空间机构的结构复杂，还有多处运动部位；使用电加热片无法模拟的部位包括：转动机构处、构型复杂无法粘贴加热片的地方、试验工装与空间机构的连接处以及空间机构锁紧释放机构的分离部位等。另外，地面热试验中试验工装的引入，也导致了对空间机构外热流有较大遮挡影响以及对安装面温度传导影响的航天器不能模拟。

以上几种因素的影响，均导致了大型复杂空间机构地面热试验与其在轨状态的差异，且影响较大，则地面热试验如何来实现对空间机构的验证就成为一个难以解决问题。

发明内容

本发明针对目前地面模拟条件有限，在无大型太阳模拟器的情况下及地面试验工装(辅助大型复杂空间机构动作)引入的情况下，提出了一种复杂空间机构地面热试验方法，利用了热分析计算及热试验相结合的方法，实现了大型复杂空间机构建地面热试验的验证工作。

该复杂空间机构的地面热试验方法，包括以下步骤：

第一步：在复杂空间机构控制器及相机的散热面上粘贴用于模拟外热流的加热片，再在加热片上喷涂与散热面涂层相同发射率的替代涂层；

第二步：对地面试验工装进行热控试验，在地面试验工装上与复杂空间机构的连接处轴承外圈上设置加热回路，该加热回路对其在复杂空间机构上转动轴上连接处进行跟踪控温，减小连接轴承对复杂空间机构转动轴的热影响；

第三步：建立与地面试验工装一体的空间机构在空间模拟器内的试验模型，并对试验中各种工况进行热分析计算；

第四步：对安装了地面试验工装的复杂空间机构进行热控实施，包括粘贴用于控温的加热片、测控温温度传感器、包覆用于隔热的多层隔热材料；完成后空间机构按照试验中的运动模式进行动作检查；

第五步：开始复杂空间机构的地面热平衡试验；

第六步：利用试验数据对复杂空间机构地面试验的热分析计算模型进行修正；再利用修正的试验模型来修正复杂空间机构的在轨飞行模型，对复杂空间结构的在轨飞行温度进行预估。

采用电加热片来模拟其在轨外热流；且只模拟复杂大型空间机构散热面的外热流，对于其余表面的外热流不模拟；

航天器对空间机构安装面的影响按照在轨计算温度来定温模拟、

本发明的有益效果：

本发明是针对复杂大型空间机构的地面热试验验证方法。目前地面模拟条件有限，在无大型太阳模拟器的情况下及地面试验工装(辅助大型复杂空间机构动作)引入的情况下，提出了其地面热试验验证方法，利用了热分析计算及热试验相结合的方法，实现了大型复杂空间机构建地面热试验的验证工作。

附图说明

图1为安装了地面工装的复杂空间机构示意图；

其中1-转动轴；2-控制器；3-散热面；4-相机；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步介绍。

第一步：在复杂空间机构控制器2及相机4的散热面3上粘贴用于模拟外热流的加热片，再在加热片上喷涂与散热面涂层相同发射率的替代涂层；在地面热试验中，需要对其在轨外热流进行模拟；目前试验条件有限，采用了电加热片来模拟其在轨外热流；且不同于一般地面热试验的外热流模拟，电加热片只模拟复杂大型空间机构散热面的外热流，对于其余表面的外热流均不模拟；

第二步：对地面试验工装进行热控设计，在地面试验工装上与复杂空间机构的连接处轴承外圈上设置加热回路，该加热回路对其在复杂空间机构上转动轴1上连接处进行跟踪控温，减小连接轴承对复杂空间机构转动轴的热影响；且对地面试验工装进行热控设计，以保证试验工装上的转动机构在低至100K的空间模拟器内可以正常转动；复杂大型空间机构是安装在航天器上，在轨会受到航天器对其外热流的遮挡影响及对其安装面的温度传导影响。地面热试验中需要引入试验工装来辅助其动作以消除重力影响，地面试验工装的引入导致地面热试验中无法模拟航天器，则航天器对空间机构背景外热流的影响不模拟；航天器对空间机构安装面的影响按照在轨计算温度来定温模拟。航天器热控设计需要参与复杂大型空间机构地面试验工装的总体设计，把地面试验工装的结构设计与热控设计结合起来，在地面试验工装的结构设计中充分考虑对于空间机构的影响以及工装自身的热控设计：一方面减小地面试验工装对空间机构的热影响；另一方面，地面试验工装为保证复杂大型空间机构在地面热试验中的运动，试验工装上也需要设计多处的运动机构，而在真空模拟器内的低温环境下，试验工装上的运动机构也需要进行热控设计，以保证试验工装在热试验过程中的温度，进而保障空间机构在真空模拟器内的正常运动；所以在试验工装的结构设计中需要充分考虑到其热控实施的可行性。

第三步：建立与地面试验工组成一体的空间机构在空间模拟器内的试验模型，并对试验中各种工况进行热分析计算；鉴于复杂空间机构上只有散热面3的外热流模拟，而其余外表面的外热流不模拟，会导致复杂空间机构的温度较低，在计算分析时需要确认此状态下复杂空间机构及地面试验工装的各个部件最低温度均在其正常工作的温度范围内，以防该机构连同工装因温度过低而导致不能转动；

第四步：对安装了地面试验工装的复杂空间机构进行热控实施，包括粘贴用于控温的加热片、测控温温度传感器、包覆用于隔热的多层隔热材料等；需要注意的是热控实施不得影响空间机构及地面试验工装的正常运动；在热控总装完成后，空间机构需要按照试验中的运动模式进行动作检查；鉴于针对复杂大型空间机构的地面热试验中，模拟外热流及背景外热流模拟与在轨外热流的差异较大，而地面热试验工装的引入又增加了对空间机构的影响。则针对复杂大型空间机构的地面热试验验证是不同于一般航天器的地面热试验，主要是对复杂大型空间机构热分析计算模型的验证，需要专门针对大型复杂空间机构建立地面热试验热分析计算模型，以试验结果来对热分析计算模型来进行修正，再以修正后的试验模型来修正在轨飞行模型，最终来对空间机构在轨飞行温度进行预示。

第五步：开始复杂空间机构的地面热平衡试验；

第六步：利用试验数据对复杂空间机构地面试验的热分析计算模型进行修正；再利用修正的试验模型来修正复杂空间机构的在轨飞行模型，对复杂空间结构的在轨飞行温度进行预估。

Claims (1)

1.复杂空间机构的地面热试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在复杂空间机构控制器及相机的散热面上粘贴用于模拟外热流的加热片，再在加热片上喷涂与散热面涂层相同发射率的替代涂层，对于其余表面的外热流不模拟；

第二步：对地面试验工装进行热控试验，在地面试验工装上与复杂空间机构的连接处轴承外圈上设置加热回路，该加热回路对其在复杂空间机构上转动轴上连接处进行跟踪控温，减小连接轴承对复杂空间机构转动轴的热影响；航天器对复杂空间机构安装面的影响按照在轨计算温度来定温模拟；地面试验工装上的运动机构也进行热控设计，以保证地面试验工装在热试验过程中的温度；

第三步：建立与地面试验工装一体的空间机构在空间模拟器内的试验模型，并对试验中各种工况进行热分析计算；

第四步：对安装了地面试验工装的复杂空间机构进行热控实施，包括粘贴用于控温的加热片、测控温温度传感器、包覆用于隔热的多层隔热材料；完成后空间机构按照试验中的运动模式进行动作检查；

第五步：开始复杂空间机构的地面热平衡试验；

第六步：利用试验数据对复杂空间机构地面试验的热分析计算模型进行修正；再利用修正的试验模型来修正复杂空间机构的在轨飞行模型，对复杂空间结构的在轨飞行温度进行预估。

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