在轨变工况环境下卫星热分析及单机热控优化研究

摘要

随着空间科学技术的高速发展，人类对太空进行了越来越多的探索。尤其是进入21世纪以来，世界各国争先恐后发展航天事业，我国也取得了许多突破性的进展。航天技术不仅体现一个国家的科技水平，而且还给我们的日常生活的各个方面带来了很多便利。因此发展航天事业至关重要，其中一个关键环节就是做好卫星的热分析。针对传统热控系统的不足之处，许多学者对其进行了研究，并提出了优化方案，但仍然不能完全满足卫星发展的需要。因此，本文对在轨变工况下的卫星热分析以及单机温度优化方案进行了研究。
　　通过分别采用蒙特卡洛法和有限元法计算卫星的外部热流和整星的温度分布，本文对假想的卫星模型进行了热分析。针对整星温度分布上存在的问题，本文提出了液态金属微通道热控优化方案并对其进行了相似分析和量纲分析。然后，本文从电磁泵的性能和微通道的形状两方面入手，对液态金属微通道热控系统的工作性能进行了探讨，并且将优化系统应用到不同姿态下的卫星中，分别对局部单机和大范围多单机温度梯度过大的问题进行了优化计算。最后，本文分析了影响单机温度的各种因素，并且对其进行了敏感性分析。
　　数值计算结果表明：卫星表面的外热流受姿态的影响较大，有明显的周期性；当某表面分别处于向日侧和背日侧时，外热流差异很大；星内单机的温度受自身功率、相邻单机温度、临近结构温度和外热流的影响；电磁泵的功率增大会强化液态金属微通道换热器的换热效果；在流量相等的条件下，矩形微通道换热器在各种形状中换热效果最好；液态金属微通道换热系统可以有效实现对卫星单机及局域温度梯度的调控；单机表面涂层发射率对单机温度影响最大。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 典型卫星结构的热分析

2.1 引言

2.2典型卫星模型

2.3外部辐射热流

2.4整星温度场分析

2.5本章小结

第3章 单机热控优化方案

3.1引言

3.2液态金属微通道方案

3.3液态金属微通道换热性能分析

3.4液态金属微通道的数值计算

3.5本章小结

第4章 微通道散热在单机热控优化中的应用

4.1引言

4.2微通道的局部热控应用

4.3微通道的多单机热控应用

4.4主动加热优化方案

4.5本章小结

第5章 单机温度的敏感性分析

5.1引言

5.2敏感性分析原理

5.3典型物性敏感性计算

5.4综合比较分析

5.5本章小结

结论

参考文献

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