一种利用加热器替代热模拟件进行热试验的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用加热器替代具有设备外壳的热模拟件进行热平衡试验的方法。在航天器初样或者热控星热平衡试验中，一般是设计同设备大小、质量相同的模拟件，在其内部粘贴加热器模拟热耗。通过这种方法模拟设备的热耗、热容及外部辐射特性。本发明专利技术中使用了一种新的方法，在保证试验有效性的前提下，使用加热器直接模拟发热设备。设计与设备安装面大小相当的加热器或者加热器组合，使其加热功率等于设备热耗并满足及变化。不必加工金属模拟件的情况下即可正常开展热平衡试验。

A Method of Thermal Test by Using Heater instead of Thermal Simulator

【技术实现步骤摘要】
一种利用加热器替代热模拟件进行热试验的方法
本专利技术涉及一种热试验的方法，属于航天器热试验

技术介绍
热平衡试验是整个航天器研制过程中重要的大型试验之一，其主要目的有两个：一是验证热设计在各极限高低温工况下的温度满足要求情况；二是验证热分析计算的正确性，为热分析模型修正提供必要的数据。在航天器初样热平衡试验中或者局部小舱热平衡试验中，对于尚无鉴定件的设备来说，一般采用力学模拟件内部粘贴加热器的方式模拟真实设备的表面状态、安装方式、热容及发热情况。力学模拟件一般用于初样力学试验，模拟设备的重量分布和安装方式。力学模拟件一般采用和设备外壳同材质的铝合金制造，外形与设备原形保持一致。内部铣空留出加热器的安装空间，同时使其重量分布与原设备相匹配。力学模拟件根据热控/设备方提出的要求进行表面处理，一般为喷黑漆或者黑色阳极化。同时需要重新设计研制的航天器舱板/安装板组件，以匹配新投产的力-热模拟件安装要求。从研制周期来讲，所有的力-热模拟件要按照匹配设计、机械加工、表面处理、加热器设计生产、加热器安装及设备安装的步骤进行实施，安装板也同样需要进行相应的设计、生产制造、表面处理等过程。研制进度上需要较长的时间，研制经费也需要比较多的投入。某些平台新型号航天器在进行初样研制时，借用以往该平台型号使用过的服务舱舱体参与整星热平衡试验。由于旧舱体的设备布局与当前型号的设备布局不同，舱板上的预埋安装孔位已不能使用，模拟设备不能安装。旧舱板上的所有设备在热平衡试验中均无法安装模拟件，直接采用薄膜型电加热器粘贴在其对应设备的安装位置处模拟该设备热耗。加热器使用硅橡胶直接粘贴在舱板上，加热器附近粘贴测温传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供了一种利用加热器替代热模拟件进行热试验的方法，采用单纯的加热器安装在舱体表面上，替代力学模拟件+加热器组成的力-热模拟件，在利用原有舱体的条件下有效完成热设计验证。本专利技术所采用的技术方案是：一种利用加热器替代热模拟件进行热试验的方法，包括如下步骤：(1)对卫星的舱板进行表面处理，在舱内舱板表面喷漆，在舱内舱板表面喷漆区域按照设备安装尺寸和位置预留出设备安装面；(2)根据设备热耗和供电设备，设定加热器目标阻值和尺寸；(3)在步骤(1)中预留的设备安装面处粘贴加热器，使用导线将加热器连接成回路，回路阻值符合步骤(2)中设定的加热器目标阻值；在每个加热器外侧设置一个测温点，且该测温点位于设备安装面内；(4)进行热平衡试验，根据设备不同工作模式下的热耗，调整加热器的电流，使加热器产生的热量等于设备对应工作模式下的热耗；(5)利用步骤(3)中设置的测温点，测量每个设备在不同工作模式下各测温点的温度随时间变化的曲线；(6)修改卫星热分析模型中的模型参数，使得卫星分析模型输出的温度结果与步骤(5)中的试验温度的差值绝对值≤阈值a，完成卫星热分析模型修正。所述步骤1)中，舱内舱板表面喷的漆为SR107白漆或E51-M黑漆。所述步骤(1)中，如果热试验中卫星使用已有的舱板骨架，并且已经进行过表面处理，则对现在不使用的设备安装面进行贴膜处理，要求所贴膜的表面红外发射率εH≥0.85。所述步骤(2)中，加热器目标阻值R＝设备热耗P/电流I2，保证模拟设备热耗时电流I和电压U小于供电设备的额定能力。所述步骤(2)中，加热器的尺寸满足如下要求：加热器在安装后留有测温点安装位置，加热器在安装后四个边到设备安装面边缘的尺寸≥10mm。所述步骤(6)中，模型参数包括设备接触热阻、多层组件等效发射率以及外热流值。a＝5℃。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术通过省去力-热模拟件进行热平衡试验，可以快速的评估热设计方案的可行性合理性，得到与安装模拟件近似的结果，试验误差控制在允许的范围内，形成有效的试验结果。(2)本专利技术通过试验后的热分析仿真，确认省去力-热模拟件的影响，将对热平衡试验模拟的高要求，转化为一次热分析仿真修正。采用本专利技术的方法可以得到有效的热平衡试验数据，并利用这些数据进行分析模型修正，达到热平衡试验的目的。附图说明图1是按照本专利技术方法进行热平衡试验的技术流程图；图2是模拟加热器安装示意图；图3是使用本专利技术的方法的热分析修正模型。具体实施方式结合附图对本专利技术进行进一步说明。如图1所示，本专利技术提出一种利用加热器替代热模拟件进行热试验的方法，包括如下步骤：1)对卫星的舱板进行表面处理，在舱内舱板表面喷涂SR107白漆或E51-M黑漆，在舱内舱板表面喷漆区域按照设备安装尺寸和位置预留出设备安装面；如果热试验中卫星使用已有的舱板骨架，并且已经进行过表面处理，则对现在不使用的设备安装面进行贴膜处理，要求所贴膜的表面红外发射率εH≥0.85。散热面按照设计状态安装涂层或者替代涂层，其它热控状态按照试验状态正常进行。2)根据该航天器试验配套，选择以加热器代替试验的设备，一般选择继承性比较好的设备、热耗较小的设备和热耗变化小的设备。新研设备、试验中短期工作且热耗较大对热容敏感的设备以及温度控制要求比较高的设备一般不建议直接用加热器代替。根据设备热耗和供电设备，设定加热器目标阻值和安装尺寸，加热器阻值R＝设备热耗P/电流I2，需保证模拟设备热耗时电流I和电压U小于供电设备的额定能力。加热器的尺寸在安装后留有测温点安装位置，加热器的尺寸要求安装后加热器四个边到设备安装面边缘的尺寸≥10mm。3)如图2、图3所示，在步骤1中预留的设备安装面处粘贴加热器，使用导线将加热器连接成回路，回路阻值符合步骤2中的设定的目标阻值。在每个加热器外侧设置一个测温点，且该测温点位于设备安装面内。4)进行热平衡试验，根据设备不同工作模式下的热耗，调整加热器的电流，使其产生的热量等于设备对应工作模式下的热耗。试验前根据热试验安排和设备工作模式，将替代设备的加热回路按编号列表，列出其在各个模式中的工作电流，短期工作的要列出工作时间和电流变化。按照航天器工作模式，按照热试验工况加载计算好的电流，模拟设备发热状态。监测在设备安装面设置的测温点温度变化情况。5)利用步骤3中设置的测温点，测量每个设备在不同工作模式下，各测温点的温度随时间变化的曲线。6)根据试验的设备状态，对模型按照热试验状态进行适应性修改。将设备热耗代入热分析模型，按照热试验中记录的测温点数据，对热分析模型进行修正。修改卫星热分析模型中的参数，包括设备接触热阻、多层组件等效发射率以及外热流值，使得卫星分析模型输出的温度结果与步骤5中的试验温度的差值绝对值小于等于5℃，完成卫星热分析模型修正。修正后的模型再将设备恢复至实际状态，即可进行试验后的热分析。本专利技术未详细说明书部分属于本领域技术人员公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用加热器替代热模拟件进行热试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对卫星的舱板进行表面处理，在舱内舱板表面喷漆，在舱内舱板表面喷漆区域按照设备安装尺寸和位置预留出设备安装面；(2)根据设备热耗和供电设备，设定加热器目标阻值和尺寸；(3)在步骤(1)中预留的设备安装面处粘贴加热器，使用导线将加热器连接成回路，回路阻值符合步骤(2)中设定的加热器目标阻值；在每个加热器外侧设置一个测温点，且该测温点位于设备安装面内；(4)进行热平衡试验，根据设备不同工作模式下的热耗，调整加热器的电流，使加热器产生的热量等于设备对应工作模式下的热耗；(5)利用步骤(3)中设置的测温点，测量每个设备在不同工作模式下各测温点的温度随时间变化的曲线；(6)修改卫星热分析模型中的模型参数，使得卫星分析模型输出的温度结果与步骤(5)中的试验温度的差值绝对值≤阈值a，完成卫星热分析模型修正。

【技术特征摘要】
1.一种利用加热器替代热模拟件进行热试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对卫星的舱板进行表面处理，在舱内舱板表面喷漆，在舱内舱板表面喷漆区域按照设备安装尺寸和位置预留出设备安装面；(2)根据设备热耗和供电设备，设定加热器目标阻值和尺寸；(3)在步骤(1)中预留的设备安装面处粘贴加热器，使用导线将加热器连接成回路，回路阻值符合步骤(2)中设定的加热器目标阻值；在每个加热器外侧设置一个测温点，且该测温点位于设备安装面内；(4)进行热平衡试验，根据设备不同工作模式下的热耗，调整加热器的电流，使加热器产生的热量等于设备对应工作模式下的热耗；(5)利用步骤(3)中设置的测温点，测量每个设备在不同工作模式下各测温点的温度随时间变化的曲线；(6)修改卫星热分析模型中的模型参数，使得卫星分析模型输出的温度结果与步骤(5)中的试验温度的差值绝对值≤阈值a，完成卫星热分析模型修正。2.根据权利要求1所述的一种利用加热器替代热模拟件进行热试验的方法，其特征在于：所述步骤1)中，舱内舱板表面喷的漆为SR107白漆或...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓云，赵欣，周宇鹏，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11