自適應熱控技術主要指根據(jù)不同內(nèi)部散熱需求及外部散熱條件通過溫控 閥對輻射器流量進行自適應分配的流體回路技術。對流類自適應熱控技術的自適應熱控過 程為溫控閥對輻射器的流量分配隨溫度的演變而動態(tài)變化進而反饋控制溫度的變化速率， 導致溫度場求解過程中上一時間節(jié)點輻射器的流量分配值不能作為當前時刻溫度計算的 恒定輸入，要求進行函數(shù)型溫度求解條件參數(shù)動態(tài)更新。
[0051] 導熱類自適應熱控技術主要指根據(jù)熱源或熱沉溫度變化對導熱途徑上的熱阻進 行自適應控制的接觸式熱開關技術。導熱類自適應熱控技術的自適應熱控過程為當量熱導 隨溫度的演變而動態(tài)變化進而反饋控制溫度的變化速率，導致溫度場求解過程中上一時間 節(jié)點的當量熱導值不能作為當前時刻溫度計算的恒定輸入，要求進行函數(shù)型溫度求解條件 參數(shù)動態(tài)更新。
[0052] 第三，航天器熱分析流程與自適應熱控過程耦合
[0053] 航天器熱分析流程為串行流程，自適應熱控過程為反饋控制過程，通過在熱分析 流程溫度求解條件參數(shù)計算環(huán)節(jié)設置溫度-參數(shù)的動態(tài)反饋機制實現(xiàn)航天器熱分析流程 與自適應熱控過程的耦合，進而通過動態(tài)熱分析方法對自適應熱控過程進行詳細描述，實 現(xiàn)自適應熱控技術的系統(tǒng)級熱性能表征。
[0054] 圖2是本發(fā)明自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法技術原理流程圖。
[0055] 圖3是采用本發(fā)明進行自適應熱控技術系統(tǒng)應用的流程圖。如圖3的實施例所示， 該方法具體實施步驟為：
[0056] 步驟1 :明確航天器自適應熱控需求
[0057] 根據(jù)航天器熱控系統(tǒng)設計輸入（包括航天器任務、構型、軌道、姿態(tài)，總體布局、設 備尺寸、重量、功耗、工作模式等）、設計約束（包括熱控系統(tǒng)重量、功耗、可靠性、安全性、壽 命、研制周期、投資經(jīng)費）以及設計要求（包括各儀器設備及結構件的工作溫度范圍、溫度 均勻性及溫度變化速率要求等）確定是否需要對航天器或局部單機進行自適應熱控制，所 涉及的自適應熱控需求領域涵蓋傾斜軌道航天器、任務機動航天器、深空探測飛行器、空間 攻防航天器、微納衛(wèi)星以及獨立熱控單機等；
[0058] 步驟2 :自適應熱控方案設計
[0059] 根據(jù)航天器自適應熱控需求，對標各類自適應熱控技術的熱控能力，選取適宜的 自適應熱控技術設計航天器熱控方案；
[0060] 步驟3 :熱分析模型創(chuàng)建
[0061] 根據(jù)衛(wèi)星熱數(shù)學模型建模規(guī)范創(chuàng)建熱分析模型；以理論解析式或試驗數(shù)據(jù)表等形 式設置自適應熱控技術熱控特性與溫度的邏輯關系；
[0062] 步驟4 :確定輻射類自適應熱控技術當前熱控特性
[0063] 根據(jù)自適應熱控技術熱控特性與溫度的邏輯關系，基于上一時間節(jié)點溫度狀態(tài)， 調(diào)用前處理器計算輻射類自適應熱控技術當前熱控特性下航天器的輻射換熱關系。為了避 免輻射換熱關系更新計算過程中無意義的重復計算及不必要的頻繁更新，一方面將熱分析 模型各個封閉的輻射換熱空間設定為一個輻射分析組，對輻射換熱關系進行針對性更新， 以最小化輻射換熱關系單次更新時間；另一方面對求解過程添加控制邏輯，指定模型變化 (對象溫度變化或求解時間變化）到達一定閥值（具體量級由不同模型規(guī)模及工程計算時 間與精度要求決定）才調(diào)用前處理器進行輻射換熱關系更新計算，以最小化輻射換熱關系 總更新次數(shù)。
[0064] 步驟5 :確定對流和導熱類自適應熱控技術當前熱控特性
[0065] 根據(jù)自適應熱控技術熱控特性與溫度的邏輯關系，基于上一時間節(jié)點溫度狀態(tài)， 在求解器內(nèi)部通過函數(shù)運算計算對流和導熱類自適應熱控技術當前熱控特性下的導熱關 系或流動阻力特性等相關參數(shù)。求解器內(nèi)部函數(shù)運算時間可忽略不計，溫度求解過程中對 導熱關系或流動阻力特性等相關參數(shù)進行實時更新。
[0066] 步驟6 :當前時間節(jié)點溫度計算
[0067] 上一時間節(jié)點溫度狀態(tài)與溫度求解條件參數(shù)已確定，根據(jù)時間步長求解當前時間 節(jié)點溫度狀態(tài)；
[0068] 步驟7 :保存當前時間節(jié)點溫度計算結果
[0069] 保存當前時間節(jié)點溫度狀態(tài)，用于下一時間節(jié)點溫度求解；
[0070] 步驟8 :判定求解時間是否完成
[0071] 若求解時間未完成，則重復步驟4~步驟7,通過自適應熱控技術熱控特性動態(tài)更 新的方式對自適應熱控技術進行動態(tài)熱分析；若求解時間已完成，則執(zhí)行步驟9 ;
[0072] 步驟9 :結果分析
[0073] 分析自適應熱控技術的系統(tǒng)級熱性能，或當前熱控方案的整星熱性能。
[0074] 以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本 發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :熱網(wǎng)絡模型創(chuàng)建 根據(jù)衛(wèi)星熱數(shù)學模型建模規(guī)范創(chuàng)建熱分析模型；設置自適應熱控技術熱控特性與溫度 的邏輯關系； 步驟2 :設置初始條件、邊界條件 初始條件為衛(wèi)星的初始溫度狀態(tài)，邊界條件為衛(wèi)星運行所處的冷黑空間； 步驟3 :設置求解時間 對于穩(wěn)態(tài)問題，設置求解時間為軌道周期的整數(shù)倍，以保證衛(wèi)星達到熱平衡狀態(tài)；對于 瞬態(tài)問題，則設置求解時間為所關注的時間段，以研究衛(wèi)星的瞬態(tài)熱性能； 步驟4 :確定數(shù)值型溫度求解條件參數(shù)當前值 根據(jù)自適應熱控技術熱控特性與溫度的邏輯關系，基于上一時間節(jié)點溫度狀態(tài)，確定 數(shù)值型溫度求解條件參數(shù)當前值，即輻射類自適應熱控技術的當前熱控特性； 步驟5 :確定函數(shù)型溫度求解條件參數(shù)當前值 根據(jù)自適應熱控技術熱控特性與溫度的邏輯關系，基于上一時間節(jié)點溫度狀態(tài)，確定 函數(shù)型溫度求解條件參數(shù)當前值，即對流和導熱類自適應熱控技術的當前熱控特性； 步驟6 :當前時間節(jié)點溫度計算 上一時間節(jié)點溫度狀態(tài)與溫度求解條件參數(shù)已確定，根據(jù)時間步長求解當前時間節(jié)點 溫度狀態(tài)； 步驟7 :保存當前時間節(jié)點溫度計算結果 保存當前時間節(jié)點溫度狀態(tài)，用于下一時間節(jié)點溫度求解； 步驟8 :判定求解時間是否完成 若求解時間未完成，則重復步驟4~步驟7,通過溫度求解條件參數(shù)動態(tài)更新的方式對 自適應熱控技術進行動態(tài)熱分析；若求解時間已完成，則執(zhí)行步驟9 ; 步驟9 :結果分析 分析自適應熱控技術的系統(tǒng)級熱性能，或當前熱控方案的整星熱性能。2. 根據(jù)權利要求1所述的自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，其特征在于，步驟 1中，熱網(wǎng)絡模型創(chuàng)建所采用的仿真分析軟件要求具備參數(shù)化熱分析能力以進行溫度求解 條件參數(shù)的動態(tài)更新；要求具備可編程式的邏輯控制能力以定義溫度求解條件參數(shù)的更新 頻率；要求前處理與求解器之間為動態(tài)連接關系以實現(xiàn)數(shù)值型溫度求解條件參數(shù)的動態(tài)更 新。3. 根據(jù)權利要求1所述的自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，其特征在于，步驟1 中，航天器節(jié)點j熱交換過程的熱網(wǎng)絡模型描述為：式中：Qsj為節(jié)點j吸收的空間外熱流；QW為節(jié)點j的內(nèi)功耗；Ru為輻射傳熱系數(shù)，表 征結點i的輻射能量被節(jié)點j吸收的比例，是發(fā)射率及角系數(shù)的函數(shù)；Dli,為節(jié)點i、j之間 的熱傳導系數(shù)；(me),為節(jié)點j的熱容；s為與節(jié)點j有輻射換熱關系的節(jié)點數(shù)；t為與節(jié)點 j有傳導換熱關系的節(jié)點數(shù)；T為溫度；τ為時間。 由式⑴可見，通過代入外熱流Qs]、內(nèi)功耗Qw、福射傳熱系數(shù)R1, P熱傳導系數(shù)〇^、熱 容（me) ,幾項溫度求解條件參數(shù)即可數(shù)值求解航天器溫度場。上述溫度求解條件參數(shù)主要 分為兩類：一類可以表示為時間或溫度的函數(shù)，包括內(nèi)功耗9"、熱傳導系數(shù)Dy和熱容（me) j另一類不能簡單表示為時間或溫度的函數(shù)，需要進行數(shù)值求解，包括輻射傳熱系數(shù)R u和 外熱流Qs j。4. 根據(jù)權利要求1所述的自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，其特征在于，步驟1 中自適應熱控技術熱控特性與溫度的邏輯關系，表示為理論解析式或試驗數(shù)據(jù)表形式表征 的函數(shù)關系。5. 根據(jù)權利要求1所述的自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，其特征在于，步驟4 中，確定數(shù)值型溫度求解條件參數(shù)當前值的過程是前處理與求解器之間的不斷迭代計算過 程，該過程將耗費大量求解時間，為了避免每個計算時間節(jié)點模型更改很小情況下就對數(shù) 值型溫度求解條件參數(shù)進行不必要的頻繁更新，通過對求解過程添加控制邏輯的方式指定 模型變化到達一定閥值才進行參數(shù)更新，以最小化數(shù)值型溫度求解條件參數(shù)總更新次數(shù)。6. 根據(jù)權利要求5所述的自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，其特征在于，所設 定的模型更新閥值是所關注對象溫度變化大于某溫度值，或溫度計算時間大于某時間長 度，具體參數(shù)設置量級由不同模型規(guī)模及工程計算時間與精度要求決定。7. 根據(jù)權利要求5所述的自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，其特征在于，為了 避免對無影響區(qū)域節(jié)點進行無意義的重復計算，通過將熱分析模型各個封閉的輻射換熱空 間設定為一個輻射分析組的方式進行輻射換熱關系針對性更新，以最小化數(shù)值型溫度求解 條件參數(shù)單次更新時間。8. 根據(jù)權利要求1所述的自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，其特征在于，步驟 5中，確定函數(shù)型溫度求解條件參數(shù)當前值的過程是求解器內(nèi)部的函數(shù)運算過程，該過程求 解時間忽略不計，溫度求解過程中對函數(shù)型溫度求解條件參數(shù)進行實時更新。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自適應熱控技術系統(tǒng)級熱性能表征方法，包括以下步驟：步驟1：熱網(wǎng)絡模型創(chuàng)建；步驟2：設置初始條件、邊界條件；步驟3：設置求解時間；步驟4：確定數(shù)值型溫度求解條件參數(shù)當前值；步驟5：確定函數(shù)型溫度求解條件參數(shù)當前值；步驟6：當前時間節(jié)點溫度計算；步驟7：保存當前時間節(jié)點溫度計算結果；步驟8：判定求解時間是否完成；步驟9：結果分析。本發(fā)明解決了自適應熱控技術無法通過簡單熱性能參數(shù)或功能等效近似處理方法真實表征系統(tǒng)級熱性能的難題，填補了自適應熱控技術應用領域的研究空白。
【IPC分類】G05D23/19
【公開號】CN105159348
【申請?zhí)枴緾N201510451979
【發(fā)明人】謝龍, 翟載騰, 孫大強, 胡小康, 徐濤, 江世臣
【申請人】上海衛(wèi)星工程研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月28日