基于外热流研究的在轨卫星热动力学响应分析.pdf

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1、硕士学位论文基于外热流研究的在轨卫星热动力学响应分析THERMALDYNAMICRESPONSEANALYSISOFON-ORBITSATELLITEBASEDONEXRERNALHEATFLOWSTUDY华运韬哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V414.1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于外热流研究的在轨卫星热动力学响应分析硕士研究生：华运韬导师：马文来副教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:V414.1U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERMALDYNAMICRESPONSEANALYSISOFON-ORBITSATELLITEBASEDONEXRERNALHEATFLOWSTUDYCandidate：HuaYuntaoSupervisor：Asso.Prof.MaWenlaiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffili

3、ation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要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

4、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ThermalDesktop软件中计算所得的外热流

5、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SindaFluint软件进行不同工况下的温度场求解；最后，利用Abaqus中顺序耦合的方法，研究卫星在温度场的作用下模态、正弦响应以及随机响应的变化情况，为卫星的热-结构设计提供数据支撑。本文从理论分析和软件仿真两个角度，分析了在轨卫星接收外热流的情况，计算卫星温度场的变化状况，探讨了卫星因温度场作用下动力学响应的变化规律。关键词：在轨卫星；外热流分析；卫星热分析；热力耦合；热

6、动力学响应I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThesatelliteisperiodicallyexposedtodeepcoldandextremelyhotenvironmentduringitsorbitoperation,thetemperatureofthesatellitestructurechangesdramaticallyduetothealternatingcoldandhotenvironment.Thetemperaturedifferencewithinthestructureishuge,r

7、esultingintemperaturegradientandthermalstress.Thesechangeswillcausethesatellitetogeneratethermaldeformationandthermalvibration.Itisknownfromtheconservationofangularmomentumthatthesethermaldisturbancesofthesatellitewillcausetheirattitudetobedeflected,thusaffectingthesat

8、ellitetoperformthetaskaccurately,especiallyforthosesatelliteswhoseantennasneedhighresolutionpointingaccuracyorhavepho