航天器真空热试验中附加热流的分析及对策

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1、第29卷第4期航天器环境工程2012年8月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING409航天器真空热试验中附加热流的分析及对策21,2裴一飞，王晶（1.可靠性与环境工程技术重点实验室；2.北京卫星环境工程研究所：北京100094）摘要：航天器在空间环境模拟器内进行真空热试验时，各种非热沉结构均会产生附加热流。附加热流会造成热平衡试验中背景热流偏大，影响对整器热设计的验证；也会造成无法满足真空热试验所需的低温维持和降温速率要求，影响对航天器环境适应性的有效考核。文章分析总结了空间环境模拟器内造成附加热流的主要因素，提出了相应的改进措施，其

2、中部分措施在试验中已成功应用。关键词：航天器；真空热试验；空间环境模拟器；附加热流中图分类号：V416.5文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)04-0409-05DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2012.04.0100引言分析总结影响附加热流的主要因素，提出降低附加热流的措施，并检验这些措施在工程应用中的效果。为确保航天器在轨可靠运行，大量地面试验必不可少。其中真空热试验是验证航天器的部组件、1附加热流分析分系统、有效载荷以及整个航天器在热环境中的性根据参考文献[6]和[7]，热试验中航天器温度[1]能和运行状况。航

3、天器真空热试验分为热平衡试稳定后与环境模拟器之间的净换热量为验和热真空试验，二者均需要在空间环境模拟器中244进行长时间真空、低温、高温等环境验证和考核。QATn=11εσ1−∑AjjεσTBjji,，(1)j=1根据GJB1033—2005的规定，空载时，空间环2式中：Qn表示净换热量，W；A表示面积，m；ε境模拟器内的背景热流（附加热流）密度应不大于表示发射率；σ表示斯忒藩-玻耳兹曼常量；T表示2[2]10W/m。对于热平衡试验，由于空间环境模拟温度，K；Bj,i表示吸收因子；下标1和2分别代表器主要模拟空间的冷黑背景，背景热流密度要尽可航天器和环境模拟器

4、。2能地低于25W/m，以保证试验的准确性。对于热假定航天器表面为全凸，由角系数关系整理式真空试验，当航天器进行低温拉偏试验时，附加热(1)得到：流对模拟器的降温有很大影响。特别对于安装在航44ε22TQATn=11εσ11()−，(2)天器本体外部的组件，如太阳电池阵、天线、定向εεε+−FT(1)22,1121机构、展开机构等，其试验温度要求比航天器内部式中各参数的含义与式(1)一致，F2,1表示环境模拟的更为严苛，相关试验设备的设计和配置应该满足器对航天器表面的几何角系数。由式(2)可以分析[3]鉴定温度要求。环境模拟器的各个参数对净换热量的

5、影响，进而可模拟器附加热流的来源包括热沉法兰结构、试以获得降低附加热流的方法。验工装、容器支撑、吊挂物体等，它们的温度、表1.1设备温度的影响面热辐射特性，以及与航天器之间的几何角系数等参数都会影响附加热流的大小。国内在环境模拟器对于典型情况，取ε1＝0.7，ε2＝0.9，F2,1＝[4-5]0.05，并对结果进行无量纲化处理。图1显示了航热沉研制上做了大量研究工作已经很多，但较少开展专门针对附加热流的分析工作。本文通过理论天器表面温度分别为300K、250K和150K时，————————————收稿日期：2011-10-28；修回日期：2012-07-23作

6、者简介：裴一飞（1969—），男，硕士学位，高级工程师，主要从事航天器真空热试验技术研究和试验工作。王晶（1980—），男，博士学位，研究方向为航天器热试验。联系电话：（010）68746283。410航天器环境工程第29卷航天器与环境模拟器之间净换热量（无量纲化后）从图2可以看出，随着环境模拟器发射率的加随环境模拟器温度变化的情况。大，航天器与环境模拟器之间的净换热量增大。试件需要快速降温时，热沉的高发射率能够保证足够的换热量。与之相反，如果热沉遮挡物或者热沉开孔结构的温度较高，为了降低附加热流，应该设法降低热沉的发射率。可以采取的改善方法包括：1）定期对热

7、沉表面黑漆进行清洁和补漆；2）对容器内支撑结构、热沉开孔、导轨等漏热部位进行热控处理，通过贴镀铝膜等手段降低其图1净换热量随环境模拟器温度的变化表面有效发射率；Fig.1Thenetthermalexchangebetweenthespacecraftand3）工装面向试件的一侧通过贴膜或者包覆多theenvironmentalsimulatorvs.thetemperaturesofthesimulator层隔热材料来降低其有效发射率。对于航天器来讲，环境模拟器的温度在热沉没1.3设备对试件角系数的影响有被遮挡的部位就是热沉温度，而在热沉被遮挡的从式(1)推

8、导出式(2)时假设航天器对环境模拟部位