星载天线原理样机热分析概述new

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1、总第94期星载天线原理样机热分析概述赵武林(信息产业部电子第39研究所西安710065)摘要本文简要介绍了星载42米天线的热分析概况，其中包括模型简化和物理描述、数学模型、计算结果分析等，从而为有目的的热控制提供理论依据和参考。关键词星载天线热分析概述1引言航天器在轨道飞行过年旱中要受剖恶劣的热环境的考验，其温度变化范围达到±2o0℃。作为星载殴备之一的星载通信天线，同其他器一样要耐受极其复杂的空间热环境。温度分布不均会使结构产生热变形，直接影【I旬天线反射面的精度，使天线的增益下降、指向精度变差，引起信号强度下降甚至中断。冈此、对星载天线进行热分析具有重要的现实意义和工程实践指导意义2

2、方法及基本假设热分析方法采刚国际普遍应用的结点网络法作为建立热平衡方程的基本理论。结点网络法是将星体及星裁仪器设备一定寸的单元作为一个结点。单元中的各种热参数用点参数来表示。单元之间的换热过程分别归结为各结点之间的换热过程。这样就构成了与电网络相似的热网络图。其对应关系为：电阻·热阻，电动势·温度，电流-热流，电导．热导，电容．热容。因此，就可以借用电网络平衡方程得出热网络平衡方程。结点网络法有以下四项基本假设：11结点所代表的单元具有均匀的温度21结点表面具有灰体特性，即表面的吸收率和发射率均与波长无关；(31表面辐射具有漫反射性质，即表面放射出去的能量在任意方向上是均匀的：(4)表面

3、的反射辐射亦具有漫射性质。3模型物理描述卫星平台假设为一颗地球同步卫星。卫星一个面朝向地球。卫星在运行过程中的光照情况随时间和季节的变化而变化。春分到秋分之间，太阳从北面照射卫星。秋分到春分之间，太阳从南面照射卫星。夏至和冬至时太阳照射角(太阳光与轨道面的夹角)最大，为23．45。。由于卫星在不同时刻的光照情况不同，而且不同时刻的星载各部件的相互遮·收穑日期：2001年8月7日34——通信与测控2001年第3期挡和反照不同，因此必须全面考虑各种情况。卫星的结构是由中心承力筒与蜂窝板组成的立方体，在星体的南北面(+Y、．Y面)上安装太阳帆，在对地+z的东西两端安装两副4．2米抛物面天线，两

4、副天线的中心距为702lmm。天线及星体简图如图1。地球同步轨道姿态，对地定向，三轴稳定，z轴指向地球，Y轴垂直于运行轨道面，x轴指向运动方向。卫星运行轨道高度H=36，000公里，轨道周期T=23．93429小时，工况分为4种，春分、秋分、夏至、冬至，其太阳常数分别为1365、1310、1345、1399w／m。之所以选用这4种工况，是因为它代表了轨道运行过程中的4种极端状态，通过对这4种工况的分析，就可以对整个轨道运行过程中的各种情况有一个比较全面的了解。z辄指向地球图1天线及星体简图星体表面物性参数如下：+Y、．Y面，吸收率nS=0．4l，发射率￡=0．68；+x、．x面，吸收率Ⅱ

5、S=0．33，发射率￡=O．69：+z、．z面，吸收率as=0．63，发射率￡=0．88；太阳帆板．吸收率Ⅱs=0．15，发射率￡=O．86；4,2米天线，吸收率Ⅱs=02．发射率e=0．5；其它结点，吸收率as=0．135，发射率=0．79；网状反射面透光率为40％。地球同步轨道36，000公里，可以暂不考虑地球红外辐射和太阳光的地球反照。因此太阳的能量成为唯一起决定作用的环境热负荷。卫星只有在春分和秋分前后是阴影区，春分点和秋分点阴影时间最长．约70分钟。总第94期赵武林：星戟无线原理样l热分析{I}[述4数学模型坐标原点：星体中心。三轴：z轴：星地琏线：x轴：行方向：Y轴：由右手系

6、确定。结点划分：全系统共189个换热结点，其中天线18O个，星体1个，太阳帆板4个，其它4个。天线1，结点编号：101～190：天线2，结点编号：2O1～290：星体一个结点：300：太阳帆板1．两个结点：4O1～402；太阳帆板2，两个结点：403～404；天线结点示意图图2天线鲒点示意图一36一通信与测控2001年第3期5结果分析简化的模型经过计算．给出了几种工况下各结点的稳态温度值。图3为工况1天线1的温度分布图(雷达图)，图4为工况2天线2的温度分布图(折线图)，因篇幅原因，这里只列出2个天线4种工况共8组温度分布图中的两例。lo囤3工况天线l温度分布图轧道2天线2的温度分布圈(

7、折歧圈】瑶结点丰j图4工现2天线2蛊度分南图总第94期越武林：星载天线艇理样机热分析概述从结果可以看出：(1)4种轨道8种[况天线温度范围为4．92℃～43．93℃；(2)天线温度极大值均出现在内一圈，且温度一般沿径向递减；(3)轨道3的温度分布同轨道1相似，温度范围为492℃～41．5℃，比轨道1低约I℃，这是由太阳常数的较小差异引起的：(4)轨道4的温度分布规律同轨道2，轨道4的温度比轨道2高约2℃，这也是由太阳常数的较小差异引