一种空间在轨维修用电动工具热流不确定的热分析方法

摘要

本发明公开了一种空间在轨维修用电动工具热流不确定的热分析方法，根据舱外电动工具工作要求，确定电动工具工作模式；确定电动工具出舱后的位置情况，主要包括受航天员及航天器遮挡情况；结合电动工具阳照区出舱和阴影区出舱的工况，建立电动工具的热分析矩阵；确定热仿真输入并将电动工具各热参数及轨道参数作为热输入，在热仿真分析软件中依次进行各个热工况的仿真分析。本发明中，通过建立电动工具高低温工况下各种受照、受遮挡情况下的工况矩阵，解决空间站舱外维修时舱外电动工具随航天员转移，所处舱外的环境及工作工况复杂且无规律可循，难以用常规的舱外单机热分析方法，即位置确定、热流可模拟的的条件进行热分析的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及空间站舱外维修技术领域，尤其涉及一种空间在轨维修用电动工具热流不确定的热分析方法。

背景技术

空间在轨维修用电动工具是一种随航天员出舱进行舱外设备紧固件的安装及更换的手持机电设备。为确保舱外电动工具在舱外冷黑环境下能够正常工作，需要对舱外电动工具的热控方案进行仿真分析，模拟其在真实轨道情况下的可行性。空间站在轨运行期间，其所处环境受地球影响，每90分钟完成一次光照/阴影区的冷热交变。工具随航天员出舱，由于空间站舱外维修时电动工具随航天员转移，在转移及作业过程中，电动工具位置及遮挡关系随时发生变化，所处舱外的环境及工作工况复杂且无规律可循，所受环境外热流无法直接确定，难以用普通固定舱外单机产品的热流稳定的条件进行热分析的问题。因此，需要一种针对空间站舱外维修用电动工具在轨热流不确定的热分析方法。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种空间在轨维修用电动工具热流不确定的热分析方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种空间在轨维修用电动工具热流不确定的热分析方法，包括以下步骤：

步骤101：确定电动工具出舱工作模式；确定电动工具工作模式，包括舱外不加电转移模式，舱外待机模式、舱外按时序工作模式；

步骤102：确定电动工具位置工况；确定电动工具出舱后的位置情况，主要包括受航天员及航天器遮挡情况；

步骤103：建立热工况矩阵；结合电动工具阳照区出舱和阴影区出舱的工况，建立电动工具基于工作模式、在轨遮挡、出舱时机的热分析矩阵；

步骤104：确定热仿真输入；确定航天器真实轨道的热环境参数、舱外电动工具工作模式及热耗分布、舱外电动工具自身热控情况；

步骤105：热参数设定；针对热模型各部件的热物性参数和光学参数设计选取进行确定，包括材料的密度、比热容、导热率以及太阳吸收率和红外发射率；

步骤106：热工况仿真分析；将以上步骤中的参数代入热仿真软件，依次进行各个热工况的仿真。

优选地，所述步骤101中的确定电动工具出舱工作模式具体包括：

根据电动工具工作需求，需要随航天员转移至舱外作业点，开启电源并进行设备紧固件的安装或拆卸，因此工作模式包括舱外不加电转移模式，舱外待机模式、舱外按时序工作三种模式。

优选地，所述步骤102中的确定电动工具位置工况具体包括：

电动工具随航天员转移，长期处于航天器舱壁附近，随航天员转移时安装于航天服左侧，到达作业点时位于航天员和航天器之间，存在各类在轨位置不同导致的遮挡工况，包括不受遮挡、被航天员和航天器同时遮挡、在航天器内侧、在航天器外侧。

优选地，所述步骤103中的建立热工况矩阵具体包括：

结合电动工具阳照区出舱和阴影区出舱的工况，建立电动工具基于工作模式、在轨遮挡、出舱时机的热分析矩阵，包括电动工具在不同工作模式、在轨遮挡不同、出舱时机不同情况下的多种热分析工况。

优选地，所述步骤104中的确定热仿真输入具体包括：

确定电动工具工作时所位于的航天器真实轨道的热环境参数，包括热流密度及太阳入射角度；电动工具自身热控情况主要包括确定主要发热元器件的热功耗、温度指标、结壳热阻等基本信息。

优选地，所述步骤105中的热参数设定具体包括：

针对热模型各部件的热物性参数和光学参数设计选取进行确定，热物性参数主要为舱外电动工具机壳、电机、电池、隔热组件、导热垫材料的密度、比热容、导热率；光学参数主要为舱外电动工具机壳表面以及周围遮挡物如航天器、航天服表面的太阳吸收比α

优选地，所述步骤106中的热工况仿真分析用于验证电动工具热控方案的合理性和可行性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本申请中首先根据舱外电动工具工作要求，确定电动工具工作模式，包括舱外不加电转移模式，舱外待机模式、舱外按时序工作模式；确定电动工具出舱后的位置情况，主要包括受航天员及航天器遮挡情况；结合电动工具阳照区出舱和阴影区出舱的工况，建立电动工具基于工作模式、在轨遮挡、出舱时机的热分析矩阵；确定热仿真输入，包括航天器所处真实轨道的热环境参数、电动工具工作热耗分布、舱外电动工具自身热控情况，确定模型热特性参数，包括电动工具热模型的表面参数、各部件材料的密度、比热容、导热率参数以及电动工具、航天服、航天器材料表面太阳吸收比α

附图说明

图1示出了根据本发明实施例提供的空间在轨维修用电动工具热流不确定的热分析方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的空间在轨维修用电动工具舱外位置图；

图3示出了根据本发明实施例提供的空间在轨维修用电动工具舱外工况矩阵图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：

一种空间在轨维修用电动工具热流不确定的热分析方法，包括以下步骤：

步骤101：确定电动工具出舱工作模式；确定电动工具工作模式，包括舱外不加电转移模式，舱外待机模式、舱外按时序工作模式；

步骤102：确定电动工具位置工况；确定电动工具出舱后的位置情况，主要包括受航天员及航天器遮挡情况；

步骤103：建立热工况矩阵；结合电动工具阳照区出舱和阴影区出舱的工况，建立电动工具基于工作模式、在轨遮挡、出舱时机的热分析矩阵；

步骤104：确定热仿真输入；确定航天器真实轨道的热环境参数、舱外电动工具工作模式及热耗分布、舱外电动工具自身热控情况；

步骤105：热参数设定；针对热模型各部件的热物性参数和光学参数设计选取进行确定，包括材料的密度、比热容、导热率以及太阳吸收率和红外发射率；

步骤106：热工况仿真分析；将以上步骤中的参数代入热仿真软件，依次进行各个热工况的仿真。

具体的，如图1和图2所示，步骤101中的确定电动工具出舱工作模式具体包括：

根据电动工具工作需求，需要随航天员转移至舱外作业点，开启电源并进行设备紧固件的安装或拆卸，因此工作模式包括舱外不加电转移模式，舱外待机模式、舱外按时序工作三种模式，其中，舱外按时序工作可考虑拉偏工况。

具体的，如图1和图2所示，步骤102中的确定电动工具位置工况具体包括：

电动工具随航天员转移，长期处于航天器舱壁附近，随航天员转移时安装于航天服左侧，到达作业点时位于航天员和航天器之间，存在各类在轨位置不同导致的遮挡工况，包括不受遮挡、被航天员和航天器同时遮挡、在航天器内侧、在航天器外侧，在本实施例中，所述航天器为中国空间站。

具体的，如图1和图3所示，步骤103中的建立热工况矩阵具体包括：

结合电动工具阳照区出舱和阴影区出舱的工况，建立电动工具基于工作模式、在轨遮挡、出舱时机的热分析矩阵，包括电动工具在不同工作模式、在轨遮挡不同、出舱时机不同情况下的多种热分析工况，具体涉及到20种工况。

具体的，如图1和图2所示，步骤104中的确定热仿真输入具体包括：

确定电动工具工作时所位于的航天器真实轨道的热环境参数，包括热流密度及太阳入射角度；电动工具自身热控情况主要包括确定主要发热元器件的热功耗、温度指标、结壳热阻等基本信息。

具体的，如图1和图2所示，步骤105中的热参数设定具体包括：

针对热模型各部件的热物性参数和光学参数设计选取进行确定，热物性参数主要为舱外电动工具机壳、电机、电池、隔热组件、导热垫材料的密度、比热容、导热率；光学参数主要为舱外电动工具机壳表面以及周围遮挡物如航天器、航天服表面的太阳吸收比α

具体的，如图1和图2所示，步骤106中的热工况仿真分析用于验证电动工具热控方案的合理性和可行性。

本发明通过建立电动工具高低温工况下各种受照、受遮挡情况下的工况矩阵，解决空间站舱外维修时舱外电动工具随航天员转移，所处舱外的环境及工作工况复杂且无规律可循，难以用常规的舱外单机热分析方法，即位置确定、热流可模拟的条件进行热分析的问题。

实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。