一种模拟航天器的空间外热流的方法及装置与流程

本说明书涉及航空航天领域，尤其涉及一种模拟航天器的空间外热流的方法及装置。

背景技术：

1、在航天器热控分析与设计中，为了计算航天器表面的温度分布，需要掌握空间环境热源投射在航天器表面的辐射热流分布和变化规律，从而保证航天器及舱外载荷主体结构的初步热设计中散热面位置及大小的选择的可靠性，同时提升航天器及舱外载荷工作模式中的极端高、低温工况分析的准确性。

2、基于此，本说明书提供一种模拟航天器的空间外热流的方法。

技术实现思路

1、本说明书提供一种模拟航天器的空间外热流的方法及装置，以部分的解决现有技术存在的上述问题。

2、本说明书采用下述技术方案：

3、本说明书提供了一种模拟航天器的空间外热流的方法，包括：

4、通过comsol仿真软件构建航天器的三维模型；

5、根据太阳光矢量与所述航天器的各运行轨道所在平面之间的各目标夹角，确定所述航天器的各轨道倾角；

6、将所述各轨道倾角和预设的模型参数分别输入到所述航天器的三维模型，通过仿真所述航天器沿所述各轨道倾角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角下所述航天器的空间外热流的仿真结果。

7、可选地，所述根据太阳光矢量与所述航天器的各运行轨道所在平面之间的各目标夹角，确定所述航天器的各轨道倾角，具体包括：

8、根据升交点赤经、太阳赤经和太阳赤纬和太阳光矢量与所述航天器的运行轨道所在平面之间的夹角，构建用于确定所述航天器的轨道倾角的目标函数；

9、获取所述太阳光矢量与所述航天器的运行轨道所在平面之间的夹角的取值范围；

10、从所述取值范围内选择多个目标夹角；

11、将所述各目标夹角分别输入到所述目标函数，得到各轨道倾角。

12、可选地，所述将所述各轨道倾角和预设的模型参数作为各输入参数，分别输入到所述航天器的三维模型，通过仿真所述航天器沿所述各轨道倾角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角下所述航天器的空间外热流的仿真结果，具体包括：

13、针对每个轨道倾角，将该轨道倾角和预设的模型参数作为输入，输入到所述航天器的三维模型，通过仿真所述航天器沿该轨道倾角所对应的运行轨道运行，得到在该轨道倾角对应的目标夹角下所述航天器的各表面的空间外热流的仿真结果；

14、根据在该轨道倾角对应的目标夹角下所述航天器的各表面的空间外热流的仿真结果，采用平均值函数，确定在该轨道倾角对应的目标夹角下所述航天器的各表面分别对应的平均外热流；

15、根据在该轨道倾角对应的目标夹角下所述航天器的各表面的空间外热流的仿真结果，采用时间平均值函数和平均值函数，确定在该轨道倾角对应的目标夹角下所述航天器的各表面分别对应的轨道周期平均外热流。

16、可选地，所述预设的模型参数包括太阳辐射通量，所述太阳辐射通量包括太阳波段的辐射通量和环境波段的辐射通量；

17、所述在所述各目标夹角下所述航天器的空间外热流的仿真结果包括太阳波段的外热流的仿真结果，和环境波段的外热流的仿真结果；其中，所述太阳波段的外热流的仿真结果包括太阳直接照射热流的仿真结果和地球反照太阳热流的仿真结果，所述环境波段的外热流的仿真结果包括地球红外辐射热流的仿真结果。

18、可选地，所述预设的模型参数包括地球反照太阳光的反照率；

19、所述通过仿真所述航天器沿所述各轨道倾角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角下所述航天器的空间外热流的仿真结果，具体包括：

20、当所述反照率取值为第一反照率时，通过仿真所述航天器沿所述各轨道倾角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角下所述航天器的各表面的太阳直接照射热流的仿真结果，作为太阳波段的外热流的仿真结果；

21、当所述反照率取值为第二反照率时，通过仿真所述航天器沿所述各轨道倾角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角下所述航天器的各表面的太阳直接照射热流的仿真结果和地球反照太阳热流的仿真结果，作为太阳波段的外热流的仿真结果。

22、可选地，所述方法还包括：

23、根据所述反照率为第一反照率时仿真得到的所述航天器的空间外热流的仿真结果，与所述反照率为第二反照率时仿真得到的所述航天器的空间外热流的仿真结果之间的差值，确定在所述各目标夹角下所述航天器的各表面的地球反照太阳热流的仿真结果。

24、可选地，所述通过comsol仿真软件构建航天器的三维模型，具体包括：

25、确定航天器的三维结构，并确定所述航天器的三维结构的尺寸；

26、将所述航天器的三维结构以及所述航天器的三维结构的尺寸输入到comsol仿真软件，构建所述航天器的三维模型。

27、本说明书提供了一种模拟航天器的空间外热流的装置，包括：

28、模型构建模块，用于通过comsol仿真软件构建航天器的三维模型；

29、轨道倾角确定模块，用于根据太阳光矢量与所述航天器的各运行轨道所在平面之间的各目标夹角，确定所述航天器的各轨道倾角；

30、仿真模块，用于将所述各轨道倾角和预设的模型参数分别输入到所述航天器的三维模型，通过仿真所述航天器沿所述各轨道倾角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角下所述航天器的空间外热流的仿真结果。

31、本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述模拟航天器的空间外热流的方法。

32、本说明书提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述模拟航天器的空间外热流的方法。

33、本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

34、本说明书提供的模拟航天器的空间外热流的方法中，通过comsol仿真软件构建航天器的三维模型，根据太阳光矢量与所述航天器的各运行轨道所在平面之间的各目标夹角，确定所述航天器的各轨道倾角，之后，将各轨道倾角和预设的模型参数分别输入到所述航天器的三维模型，通过仿真所述航天器沿所述各轨道倾角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角下所述航天器的空间外热流的仿真结果。可见，通过上述方案，通过comsol的有限元方案，仿真得到航天器或舱外载荷的外热流分布大小及规律，能够在航天器或舱外载荷结构设计之初快速提供散热面及太阳帆板等位置选择，为后续地面环境试验模拟高低温工况提供实际在轨外热流详细数值。

技术特征：

1.一种模拟航天器的空间外热流的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据太阳光矢量与所述航天器的各运行轨道所在平面之间的各目标夹角，确定所述航天器的各轨道倾角，具体包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述各轨道倾角和预设的模型参数作为各输入参数，分别输入到所述航天器的三维模型，通过仿真所述航天器沿所述各轨道倾角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角下所述航天器的空间外热流的仿真结果，具体包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的模型参数包括太阳辐射通量，所述太阳辐射通量包括太阳波段的辐射通量和环境波段的辐射通量；

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设的模型参数包括地球反照太阳光的反照率；

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过comsol仿真软件构建航天器的三维模型，具体包括：

8.一种模拟航天器的空间外热流的装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求1~7任一项所述的方法。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1~7任一项所述的方法。

技术总结本说明书公开了一种模拟航天器的空间外热流的方法及装置，构建航天器的三维模型，根据太阳光矢量与所述航天器的轨道所在平面之间的目标夹角β，转化为对应的航天器的各轨道倾角i，之后，将转化后的各轨道倾角i和预设的模型参数分别输入到所述航天器的三维模型，通过仿真所述航天器沿目标夹角β角对应的运行轨道运行，得到在所述各目标夹角β下所述航天器的空间外热流的仿真结果。通过有限元方案，仿真得到航天器或舱外载荷的外热流分布大小及规律，能够在航天器或舱外载荷结构设计之初快速提供散热面及太阳帆板等位置选择，为后续地面环境试验模拟高低温工况提供实际在轨外热流详细数值。技术研发人员：刘敏,陆军亮,刘盼年,汪逸群受保护的技术使用者：之江实验室技术研发日：技术公布日：2024/7/29