空间相机电子设备热控系统设计

摘要：为了解决大功率的空间相机电子设备的散热问题,对其热控系统进行了设计与仿真分析。针对需要散热的电子元器件、印制板以及机箱采取了加导热片、表面发黑处理、涂导热填料等导热和辐射方式进行散热。根据电子设备的空间环境和采取的热控措施,应用TMG软件建立了热分析模型,对其热控系统进行了仿真分析,同时进行了电子元器件的结温计算。结果表明,电子设备的印制板的温度范围为35.6℃～45℃,电子元器件的结温温度范围为45.4℃～88.5℃,均低于降额热控温度指标。热控系统设计合理,所采取的热控措施能够满足设计要求。     

临近空间光学遥感器热设计

为了保证光学遥感器在平流层空间热环境中安全可靠地工作,对工作在平流层内的光学遥感器进行了热分析。分析了运行在25 km以上空间的飞艇要经历的平流层的环境特点,包括平流层内的大气密度、温度分布等。建立了平流层光学遥感器的传热数学模型,分析了遥感器的迎风面、侧面和背风面在顺风飞行和逆风飞行情况下的对流情况,计算得到在逆风飞行和顺风飞行时迎风面、侧面、背风面的对流换热系数分别为5.009,8.259,3.33 W/(m2.K)和2.609,2.959,1.005 W/(m2.K)。最后,根据稳态换热平衡方程,利用热分析软件分析了光学遥感器在两种极端工况下的温度场分布。结果显示,采用热控措施后光学遥感器的轴向温差从15°减小到了2.7℃,飞艇与空气的对流换热系数随着它们之间的相对速度的增大而增大。结果表明,本文采用的热控手段可以减小遥感器的温差,这为进一步开展平流层光学遥感器的热分析奠定了基础。     

自重作用下中心支撑主反射镜面形变化研究

利用FEM研究了弯月形主反射镜中心支撑条件下自重所引起的面形变化,通过计算所得镜面变形的PV值和RMS值来评价是否超差,利用Zernike多项式进行数据处理,分解出中心支撑方式下自重引起的像差成份,并相应地提出了提高成像质量的改进措施.最后进行了主反射镜背部形状优化.     

空间CCD相机光学窗口在轨热稳定性分析

计算了空间CCD相机光学窗口在满足面形要求下所允许的温度水平及温度梯度的变化范围,进行了窗口在空间热环境载荷作用下的瞬态温度场及稳态温度场的响应仿真,通过对计算结果的分析对窗口采取了相应的热控措施,取得了较好的热控效果。     

多姿态空间相机的热控系统设计与仿真

由于所拍摄目标方位的不确定性,某空间相机在工作过程中存在短时间内大角度的姿态变化,给热控制带来了难度.采用热隔离、热疏导及温度补偿等方法针对该空间相机进行了热控制系统的设计.建立了相机结构和热控措施的有限元模型,并利用I-DEAS软件进行了稳态和瞬态仿真分析.仿真结果验证了热设计满足热控需求,且热控方案可行.     

光学塑料透镜注射成型关键技术的研究

传统的塑料模具设计及注射成型工艺参数对经验的依赖性较强,难以满足高精度光学塑料元件的成型需求.采用CAD/CAE技术对光学塑料透镜注射成型的充模及保压过程进行了计算机动态模拟,研究了不同注射温度、压力、时间和保压温度、压力、时间对透镜面形质量的影响规律.     

注射填充过程的计算机模拟

以Hele-Shaw 流动为基础,建立了塑料熔体充模流动的数学模型。采用MOLDFLOW 充模模块,对轿车发电机散热罩的充模流动过程进行了动态模拟。分析并解决了影响制品质量的主要原因和问题。     

空间相机反射镜支撑结构的设计与分析

利用有限元法对反射镜组件在自重和均匀温升作用下的面形精度进行了计算,分析结果预示最初的模型不能满足设计要求.为了提高反射镜的面形精度,把增加支撑结构的柔性作为修改方向,经过计算确定柔性结构设计变量L为3mm时的结构方案能够满足反射镜的面形精度要求.同时为了校核这个结构的强度和刚度,对工为3mm时的结构进行了模态分析和在预示载荷作用下的频率响应分析和准静态分析,结果表明,该方案完全能够满足整个结构的刚度和强度设计要求,从而为空间相机的设计提供了有利依据,同样为其他空间相机反射镜支撑的设计提供了参考.     

基于接触理论的空间光学遥感器的动力学求解

遥感器结构中通过螺钉或销钉的非线性连接环节的存在使得准确求解动态刚度的困难加大，在介绍的经典接触理论的基础上，根据结构形式，材料和施加的预警力通过计算机模拟分析出连接部分接触面间的实际接触状态，在建立动力学有限元分析模型时，通过接触单元和螺钉单元模拟接触区域的刚度特性，获得系统的固有频率和振型，有限元分析结果与正弦招聘描试验时的结果基本一致（误差给为4％），表明这种方法能够较好地模拟出结构的动态刚度，相关分析还表明，只有通过分析接触等非线性环节，才能模拟出结构的真实动态刚度。     

空间机械臂在轨刚度计算与验证北大核心

空间机械臂在执行空间任务时具有不同的构型,采用有限元法分析它在各构型下的基频时工作量巨大而难以实现。为此,提出一种基于柔度矩阵理论建模的计算方法并进行验证。根据机械臂结构特性建立运动学模型;提出柔度矩阵理论建模的计算方法;通过有限元仿真分析机械臂2种典型构型,验证柔度矩阵理论;对机械臂进行地面展开基频实验。结果表明:柔度矩阵计算偏差为3.4%,理论分析基频与有限元计算基频偏差为1%,验证了所提出的柔度理论建模方法对机械臂在轨基频计算的准确性;理论分析基频与实验基频偏差为7.2%,偏差主要来源于有限元仿真,满足工程上10%的偏差要求。该方法将柔度矩阵与机械臂构型相结合,能快速计算机械臂在不同构型下的基频。相对于有限元法,该方法得到较大简化,具有一定的工程应用价值。