一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法，步骤包括加热面阵列分割、温度不均匀度模型建立、温度不均匀度距离聚类运算、选择加热面分割方式，其中加热面阵列分割步骤用于对所有待加热的表面进行至多n

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法


[0001]本专利技术涉及航天器地面试验
，尤其涉及一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法。

技术介绍

[0002]在航天器的热试验中，为了达到热流模拟、试验件及辅助设备控温等目的，往往需要使用不同规格的加热器对设备进行加热。薄膜电加热器是一种由聚酰亚胺包覆康铜加热丝的表面加热元件，具有易于实施、低成本、可靠性等优点，被广泛使用于国内外的航天器热试验。广泛用于结构热控件内热耗模拟、试验波导管控温、非规则表面外热流模拟等目的。
[0003]在试验设计中，由于待加热表面的大小各不相同，如果针对每个表面分别定制薄膜电加热器往往需要较长的工期和更高的成本；而如果使用较小的薄膜电加热器同时满足所有表面的加热需求，则大表面则往往存在温度不均匀的现象，导致结构热控件无法准确反映真实组件的热特性、关键组件性能偏移等问题，在极端情况下，较大温度梯度甚至会导致薄膜电加热器翘边、变形、烧毁。
[0004]因此，如何基于温度均匀特性的方法实现对大量待加热表面的规格进行快速的合并，是目前试验设计自动化、智能化中遇到的主要问题之一，目前对于大量薄膜电加热器的热设计、验证过程，往往由热设计人员手工进行，主要依据设计人员个人经验，存在效率低下、灵活性差等缺点。
[0005]因此，亟待设计和专利技术一种基于温度不均匀度预示的方式对薄膜电加热器进行快速分组、合并的方法具有积极的现实意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决的上述问题，而提出的一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法，步骤包括加热面阵列分割、温度不均匀度模型建立、温度不均匀度距离聚类运算、选择加热面分割方式，其中加热面阵列分割步骤用于对所有待加热的表面进行至多n
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m次平均分割，以对不同的薄膜电加热器组合方式进行计算，温度不均匀度模型建立步骤基于参数化建模方式，建立典型状态不同大小待加热表面和薄膜电加热器组合的仿真模型并进行求解，以此通过插值方式获得大范围的温度不均匀度预示模型，温度不均匀度距离聚类运算即基于定义的温度不均匀度距离，对大量表面的热设计进行聚类，以此优化各个表面的温度不均匀度，选择加热面分割方式用于在温度不均匀度聚类运算的基础上，进一步对表面的分割方式进行选取。
[0009]作为上述技术方案的进一步描述：
[0010]所述待加热面分割步骤用于对每个加热面进行n
×
m次的细分，以考虑其用不同排
列薄膜电加热器的状态，一般长、宽的方向至少包括3次。
[0011]作为上述技术方案的进一步描述：
[0012]所述温度不均匀度模型建立步骤基于参数化建模方式，建立典型状态不同大小待加热表面和薄膜电加热器组合的仿真模型并进行求解，以此通过插值方式获得大范围的温度不均匀度预示模型。
[0013]作为上述技术方案的进一步描述：
[0014]所述典型状态的待加热面长、宽需能覆盖细分后的待加热表面的长宽，其中薄膜电加热器的加热边界按照第二类边界(热流边界)处理，温度不均匀度定义为：a＝(T
max
‑
T
min
)/(T
max
+T
min
)，
[0015]其中T
max
为待加热表面的最高温度，T
min
为待加热表面的最低温度；作为上述技术方案的进一步描述：
[0016]所述温度不均匀度距离聚类运算即基于定义的温度不均匀度距离，对大量表面的热设计进行聚类，依次在保证各个待加热表面温度均匀度的基础上，实现对薄膜电加热器规格的快速合并。
[0017]作为上述技术方案的进一步描述：
[0018]所述长、宽为X1、Y1的待加热面1与长、宽为X2、Y2的待加热面2的温度不均匀度距离的定义为“能同时满足待加热面1和待加热面2尺寸需求的薄膜电加热粘贴后所导致的待加热面1、待加热面2中的最大的温度不均匀度”，即选取薄膜电加热器的长宽分别为min(X1，X2)
‑
z和min(Y1，Y2)
‑
z时的待加热面1、待加热面2中的最大的温度不均匀度，其中z为最小操作间隙，一般为10mm。
[0019]作为上述技术方案的进一步描述：
[0020]所述聚类计算完成后，每个类的X
i
的最低值min(X
i
)和Y
i
的最低值min(Y
i
)即为本类中的薄膜电加热器粘贴空间，四周还需要预留最小操作间隙z，一般为10mm。
[0021]作为上述技术方案的进一步描述：
[0022]所述选择加热面分割方式用于在温度不均匀度聚类运算完成后，对每个表面采用不同分割方式时的温度不均匀度进行预示，以此选取表面温度更优的细分方式。
[0023]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0024]1、本方法不依赖人员的经验，可基于仿真的温度不均匀度对上百个待加热表面进行快速的热设计，给出合并的加热片规格，可大大降低人员在薄膜电加热器设计中的工作量，给出的薄膜电加热器规格合并方案具有最优化、速度快、准确率高等特点，尤其适用于波导管控温、结构热控件热设计等用途。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中一种基于温度不均匀度预示的加热回路优化方法的具体适用对象之一；
[0026]图2为本专利技术中一种典型流程；
[0027]图3为本专利技术中待加热阵列分割方式示意图；
[0028]图4为本专利技术中温度不均匀度模型建立的典型流程；
[0029]图5为本专利技术中温度不均匀度距离计算的流程；
[0030]图6为本专利技术中温度不均匀度距离计算的示意图；
[0031]图7为本专利技术中温度不均匀度模型插值的范例图；
[0032]图8为本专利技术中温度不均匀度距离聚类运算的结果示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]实施例一：
[0035]请参阅图1
‑
5，一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法，包括加热面阵列分割、温度不均匀度模型建立、温度不均匀度距离聚类运算、选择加热面分割方式。其中加热面阵列分割步骤用于对所有待加热的表面进行至多n
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m次平均分割，以对不同的薄膜电加热器组合方式进行计算，温度不均匀度模型建立步骤基于参数化建模方式，建立典型状态不同大小待加热表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法，步骤包括加热面阵列分割、温度不均匀度模型建立、温度不均匀度距离聚类运算、选择加热面分割方式，其中加热面阵列分割步骤用于对所有待加热的表面进行至多n
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m次平均分割，以对不同的薄膜电加热器组合方式进行计算，温度不均匀度模型建立步骤基于参数化建模方式，建立典型状态不同大小待加热表面和薄膜电加热器组合的仿真模型并进行求解，以此通过插值方式获得大范围的温度不均匀度预示模型，温度不均匀度距离聚类运算即基于定义的温度不均匀度距离，对大量表面的热设计进行聚类，以此优化各个表面的温度不均匀度，选择加热面分割方式用于在温度不均匀度聚类运算的基础上，进一步对表面的分割方式进行选取。2.根据权利要求1所述的一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法，其特征在于，所述待加热面分割步骤用于对每个加热面进行n
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m次的细分，以考虑其用不同排列薄膜电加热器的状态，一般长、宽的方向至少包括3次。3.根据权利要求1所述的一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法，其特征在于，所述温度不均匀度模型建立步骤基于参数化建模方式，建立典型状态不同大小待加热表面和薄膜电加热器组合的仿真模型并进行求解，以此通过插值方式获得大范围的温度不均匀度预示模型。4.根据权利要求3所述的一种基于温度不均匀度预示的试验加热回路优化方法，其特征在于，所述典型状态的待加热面长、宽需能覆盖细分后的待加热表面的长宽，其中薄膜电加热器的加热边界按照第二类边界(热流边界)处理，温度不均匀度定义为：a＝(T
max
‑
T
min
)/(T
max
+T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，李西园，毕研强，高庆华，王宇辰，高文，陈旭，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：