本發(fā)明涉及衛(wèi)星空間環(huán)境模擬領(lǐng)域，尤其涉及一種熱平衡試驗外熱流模擬的方法。
背景技術(shù)：
：目前依據(jù)外熱流模擬方法，熱平衡試驗分穩(wěn)定熱流模擬試驗以及瞬變熱流模擬試驗兩種。穩(wěn)態(tài)熱流模擬，采用恒定外熱流以及恒定內(nèi)熱源進(jìn)行試驗，不管初始條件如何，在模擬軌道空間環(huán)境下，經(jīng)過較長時間后航天器上各點溫度不再隨時間變化，認(rèn)為溫度達(dá)到了平衡。瞬變熱流模擬，采用周期性變化外熱流和恒定或周期性變化的內(nèi)熱源進(jìn)行試驗，試驗經(jīng)過若干周期后，在不同周期但相同的相位點上，航天器上特定位置的溫度小于預(yù)先規(guī)定的溫度變化允許值，認(rèn)為溫度達(dá)到了平衡。本發(fā)明涉及的外熱流模擬方法為瞬變熱流模擬，通過空間外熱流模擬裝置的輸出自主控制策略，實現(xiàn)外熱流的周期性變化，從而達(dá)到模擬瞬變熱流的效果。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種熱平衡試驗外熱流模擬的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種熱平衡試驗外熱流模擬的方法，包括如下步驟：計算空間外熱流模擬裝置輸出功率實時值；將空間外熱流模擬裝置輸出功率實時計算值與目標(biāo)外熱流功率進(jìn)行比較；基于比較結(jié)果調(diào)節(jié)空間外熱流模擬裝置輸出功率。上述技術(shù)方案中，所述的空間外熱流模擬裝置通常為太陽模擬器、紅外加熱器或表面接觸式電加熱器等。計算空間外熱流模擬裝置輸出功率實時值的方法，是通過計算空間外熱流模擬裝置輸出時間占空比來等效空間外熱流模擬裝置實時輸出功率。將空間外熱流模擬裝置輸出功率實時計算值與目標(biāo)外熱流功率進(jìn)行比較和基于比較結(jié)果調(diào)節(jié)空間外熱流模擬裝置輸出功率，具體為：判斷輸出功率實時計算值是否大于目標(biāo)外熱流功率，當(dāng)判斷輸出功率實時計算值大于目標(biāo)外熱流功率時，關(guān)閉空間外熱流模擬裝置的輸出；當(dāng)判斷輸出功率實時計算值小于目標(biāo)外熱流功率時，打開空間外熱流模擬裝置的輸出；當(dāng)判斷輸出功率實時計算值等于目標(biāo)外熱流功率時，保持空間外熱流模擬裝置的輸出為上一時刻狀態(tài)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：1)本發(fā)明提供一種通過空間外熱流模擬裝置電源輸出功率的自主控制策略來實現(xiàn)熱平衡試驗外熱流模擬的方法；2)本發(fā)明能夠支持使用大開關(guān)延時的空間外熱流模擬裝置開關(guān)元器件，降低對開關(guān)元器件的性能要求；3)本發(fā)明能夠降低開關(guān)元器件的使用損耗，延長設(shè)備使用壽命。附圖說明圖1是熱平衡試驗外熱流模擬方法的流程示意圖；圖2是熱平衡試驗外熱流模擬方法一種具體實施方式的流程示意圖；圖3是熱平衡試驗外熱流功率實現(xiàn)方法分析的示意圖；具體實施方式空間外熱流模擬裝置一般包括太陽模擬器、紅外加熱器、表面接觸式電加熱器等及它們所使用的電源裝置。本實例采用表面接觸式電加熱器(包括加熱片及加熱片電源裝置)作為空間外熱流模擬裝置，來說明熱平衡試驗外熱流模擬的方法。如圖1所示，熱平衡試驗外熱流模擬的方法，包括：計算加熱片輸出功率實時值1；將加熱片輸出功率實時計算值與根據(jù)衛(wèi)星從宇宙空間吸收的太陽輻射、地球輻射和反照的熱流所確定的目標(biāo)外熱流功率進(jìn)行比較2；基于比較結(jié)果調(diào)節(jié)加熱片輸出功率3。如圖2所示，設(shè)定加熱片電源輸出功率、目標(biāo)外熱流功率、工作時長以及延時Td。判斷已工作時長是否小于設(shè)定工作時長5，當(dāng)判斷已工作時長大于設(shè)定工作時長時，則關(guān)閉加熱片10。當(dāng)判斷已工作時長小于設(shè)定工作時長時，根據(jù)時間占空比計算輸出功率實時值6。判斷輸出功率實時計算值是否大于目標(biāo)外熱流功率7，當(dāng)判斷輸出功率實時計算值小于目標(biāo)外熱流功率時，則打開加熱片8；當(dāng)判斷輸出功率實時計算值大于目標(biāo)外熱流功率時，則關(guān)閉加熱片12；當(dāng)判斷輸出功率實時計算值等于目標(biāo)外熱流功率時9，保持加熱片為上一狀態(tài)11。執(zhí)行延時Td13之后，再次執(zhí)行判斷已工作時長是否小于設(shè)定工作時長5。以下為外熱流自主控制加熱片輸出功率策略的詳細(xì)闡述。衛(wèi)星繞地球飛行目標(biāo)外熱流如圖3光滑曲線所示，為了更容易實現(xiàn)，擬用階梯曲線來等效實現(xiàn)，只要滿足圖中階梯曲線與時間軸圍成的面積和目標(biāo)外熱流曲線與時間軸圍成的面積相等，即滿足式(1)階梯曲線等效則成立：∫t0tPTarget(t)dt=∫t0tPEqu(t)dt---(1)]]>其中PTarget(t)為衛(wèi)星目標(biāo)外熱流功率曲線，PEqu(t)為加熱片實際外熱流功率等效階梯曲線。再取t1～t2來分析，如圖3下部所示，在這段時間內(nèi)，假定電源輸出功率不變?yōu)镻out，則加熱片總輸出外熱流為：Q＝Pout(t2-t1)(2)而加熱片在t1～t2內(nèi)實際所需等效外熱流為：QEqu＝PEqu(t2-t1)(3)聯(lián)立(2)、(3)兩式可以得到：QEquQ=PEquPout=k---(4)]]>在電源輸出功率不變的前提下，我們可以采用加熱片開啟時間占空比來等效實現(xiàn)，即保證在t1～t2內(nèi)加熱片開啟時間ton滿足下式：tont2-t1=k---(5)]]>則有實際加熱片輸出QReal可由以下公式給出：QReal＝Poutton＝kPout(t2-t1)＝QEqu(6)即圖3中兩塊陰影部分面積相等。也就是說實際加熱片輸出QReal等于t1～t2內(nèi)加熱片所需等效外熱流QEqu，從而可以推廣到所有PEqu(t)范圍內(nèi)，最終實現(xiàn)了目標(biāo)外熱流模擬。由于在整個實現(xiàn)過程中，電源輸出功率Pout始終保持不變，因此無需手動調(diào)節(jié)即可實現(xiàn)外熱流自主控制。在上述具體實現(xiàn)過程中，我們只需要實現(xiàn)下式即可：limtrun→(t2-t1)(tontrun-PEquPout)=0---(7)]]>其中ton為加熱片開啟時間，trun為電源功率實際輸出時間。令則有加熱片開關(guān)狀態(tài)status與result關(guān)系如下：status=onresult<0retainresult=0offresult>0---(8)]]>從上式可以得到當(dāng)result<0時，認(rèn)為實際輸出功率未到等效功率，則開啟加熱片；當(dāng)result>0時，認(rèn)為實際輸出功率已超過等效功率，則關(guān)閉加熱片；若兩者相等，則保持加熱片開關(guān)狀態(tài)不變。即實現(xiàn)了通過改變加熱片開啟時間的在整個時間區(qū)域范圍內(nèi)的占空比實現(xiàn)功率的等效。假設(shè)程序?qū)崿F(xiàn)過程中每計算一次result值，即判斷加熱片下一個開關(guān)狀態(tài)status的循環(huán)周期為T(T＝Td+Tp，其中Td為程序延時，Tp為程序執(zhí)行時間)，加熱片開關(guān)元器件的開關(guān)時間為Tswitch。為保證在實現(xiàn)的整個過程中(7)式成立，只需要滿足T>Tswitch，即可保證目標(biāo)外熱流的模擬，所以我們可以采用大延時的加熱片開關(guān)元器件來實現(xiàn)，這降低了對元器件的性能要求及其使用損耗，延長了設(shè)備使用壽命。并且有t2-t1越大，則加熱片外熱流的控制精度與目標(biāo)外熱流越接近。對所公開實例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對此實例的多種修改對本領(lǐng)域是的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的。本文中所定義的，僅為本發(fā)明的一種以加熱片為空間外熱流模擬裝置的自主控制應(yīng)用實例，但是空間外熱流模擬裝置的形式不僅限于加熱片，其他任何以定值輸出功率的空間外熱流模擬裝置都應(yīng)落入本發(fā)明相應(yīng)的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)，以及控制空間外熱流模擬裝置的開關(guān)元器件，如MOS、繼電器、晶閘管等不同種類的開關(guān)元器件，也都應(yīng)落入本發(fā)明相應(yīng)的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明將不會被限制與本文所示的這一實例，而是要符合與本文所公開的原理一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3