卫星产品多轴随机振动试验条件制定方法初探

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1、航天器环境工程第30卷第2期146SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年4月基于最小二乘法的热试验温度数据预测李西园，龚喆，马昆，曹志松，张景川（北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：航天器真空热试验中，温度数据的正确判读及预测十分困难，又十分重要。文章针对典型的太阳电池板试件建立了热模型，使用热分析中常见的有限差分法建立离散方程，通过最小二乘法拟合其系数，以预测下一个测控周期各个测量点的温度，并提出了滑动窗口修正的方法。基于某型号电池板试验数据对热模型的预测精度进行了验证和误差分析，最后对通过测点温度逆向预测加

2、热功率的应用进行了讨论。关键词：真空热试验；最小二乘法；温度测量；数据预测+中图分类号：V416.6;TP206.1文献标志码：A文章编号：1673-1379(2013)02-0146-05DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2013.02.0070引言1数学和物理模型的建立真空热试验是航天器研制过程中一项耗资巨在卫星及其附属元件的设计中，常采用有限差[1][6]大又不可或缺的试验项目，其中测控系统作为真分法并利用ThermalDesktop软件对元件内部各空热试验中一个重要分系统，在试验准备、试验工点进行建模。在模型中忽略大量电缆、电

3、连接器及况运行、试验状态实时监控以及试验结果分析中发连接件等附件，将各个元件简化为基本的几何形[2]挥很大作用。试验中，测控人员为了判断温度数状，如立方体、圆柱等。随后，通过软件设计计算据有效性从而准确施加外热流，需要对下一测控周出各个组件的导热、对流及辐射热量值。期乃至数个测控周期的试件温度进行预测。然而，本文以无内热源的太阳电池板为对象建模，将由于真空热试验中试件及容器的热特性非常复杂，电池板正面及背面上的每一个测量点及其周围区加热元件多种多样，输入、输出点数量巨大，尚没域作为一个单元，通过测量加热点的温度数据变化有一种方法能准确预测各类试件在热试验中的

4、温预测非加热点的温度变化。试验中加热元件为红外度。目前使用的预测方法包括线性插值法以及最大灯，全部分布在试件的正面，试件背面不受红外灯[3-5]似然、神经网络等系统辨识方法。由于热试验直接照射。单元的平均温度可以表示为数据并非简单线性关系，故线性插值方法预测往往dT44λ11sMc=−Sασ(T−+−T)(TT)+e1dtl存在非常大的误差。马昆等人中应用神经网络方法1λsλs对太阳电池板进行温度预测，平均误差可低至2233()()TT23−+TT−+⋅⋅⋅。(1)ll[5]23±0.09℃。但由于这种方法不依靠物理模型，训对式(1)左侧的非稳态项进行离散化

5、，可得：练样本必须完全覆盖预测范围，否则会产生较大误TT'−44λ11sMc=−Sασ(T−+−T)(TT)+差，故要在整个高低温循环完成后才可以开始预∆tle11测；同时，还存在样本量大时训练缓慢以及无法在λsλs2233()()TT23−+TT−+⋅⋅⋅。(2)ll试验中及时修正模型等问题。23为了解决上述问题，本文从数值传热学角度出式(1)及式(2)中：M为当前单元质量，kg；c为当前发，采用有限差分法建立热试验中试件的热模型及单元平均比热容，J/kg·K；T为当前单元温度，K；离散方程组，并以最小二乘法拟合方程系数，然后T’为此单元下一时刻的温度，K

6、；Δt为时间步长，2以此模型对试件在下一测控周期的温度进行预测。s；S为当前单元对外辐射面积，m；α为试件的发————————————收稿日期：2012-07-25；修回日期：2012-10-26作者简介：李西园（1985—），男，硕士学位，从事真空热试验技术研发。E-mail:Leexiyuan@gmail.com。第2期李西园等：基于最小二乘法的热试验温度数据预测1474射率；σ为试件的黑体辐射常数；T1、T2、T3、…为(')TT−=−CBT0+BTT11(−+)BTT22(−+)BTT()−+⋅⋅⋅试件正面和背面其余各单元的温度，K；Te为热沉33；

7、(3)温度，K；λ、s、l分别为其余各单元与当前单元间继续简化且合并常数，可得2的导热系数（W/(m·K)）、导热面积（m）和导热4T'=CAT++AT+AT+AT+⋅⋅⋅，(4)0112233距离（m）。其中C为常数项。式(2)左侧为当前单元的非稳态项，即单元内对于一个有x个测量点的试件而言，其第i个的内能提升；式(2)右侧第1项为当前单元的对外单元下一时刻的温度应为辐射热量，假设其全部被热沉吸收；其后各项依次mx≤为试件其余各单元对当前单元的传导热量。假设试T'=CAT++4ATi0i∑mm。(5)件物性参数不随温度变化，则在试件确定的情况m=1下，各个

8、单元的质量、比热容、面积、发射率、导式中m为试件测点