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应用Sinda及TMG的星载机构热设计和分析方法研究

作　者: 宋慧凯
导　师: 陈时锦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 有限热阻网络法热阻网络法有限元星载机构
分类号: V423.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

星载机构-太阳帆板驱动机构作为卫星的重要组成部分，担负着传递能源和信号的责任，太阳帆板驱动机构的寿命决定了卫星的寿命。处于复杂太空环境中的星载机构，很容易发生热破坏，因此必须对星载机构进行热设计和热分析。但是目前使用的热分析方法需要耗费大量的经费并且周期很长且困难，因此引入一种高效的热分析方法非常有意义。本文利用Sinda/G热阻网络法和TMG有限元法分别对星载机构的热设计分析和热分析方法进行研究，并根据热阻网络法和有限元法的思想提出了有限热阻网络法，主要研究内容如下：首先，分析了星载机构所处的空间环境，说明了星载机构内的传热方式包括热辐射和热传导，阐述了热传递分析的理论基础。根据驱动机构的三维模型结构，分别进行热设计和热分析的模型简化，建立了驱动机构热设计拓扑关系和热分析的等效模型；根据驱动机构等效简化的拓扑关系，建立了驱动机构的热阻网络模型，并布置太阳帆板驱动机构的各个零件的耗散节点，采用集总参数的思想计算各耗散节点的热容值以及各节点间的热阻值，进行了热设计分析；基于太阳帆板驱动机构的几何模型、大型复杂结构的简化原则以及连接轴承的热分析等效原则，通过热耦合来建立具有装配关系的零件间的热传导，利用热耦合参数等效零件间的接触热阻，建立了太阳帆板驱动机构的有限元热分析等效模型，并进行稳态和瞬态热分析研究；最后，根据热阻网络法和有限元法的思想提出了有限热阻网络法，在分别比较热阻网络法、有限热阻网络法与有限元法的分析结果的基础上，对热阻网络法和有限热阻网络法进行了对比研究，有限热阻网络法要明显优于热阻网络法，可以在设计之初结构未完全确定之前快速并且精确地得到零件的温度分布，将极大提高航天器热设计的效率，从而使得结构的热设计和热分析同步进行。将TMG中的热分析结果与实验结果进行了对比，热分析结果与实验结果较好的吻合，验证了热阻网络法的热设计分析和有限元法的热分析的有效性，也进一步验证了有限热阻网络法能准确快速有效的进行航天机构的热设计和热分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-19
  1.1 星载机构  9-11
  1.2 太阳帆板驱动机构的研究现状  11-14
    1.2.1 太阳帆板驱动机构的国外研究现状  12-13
    1.2.2 太阳帆板驱动机构的国内研究现状  13-14
  1.3 课题背景及意义  14-15
  1.4 SINDA/G、TMG 热分析方法  15-17
    1.4.1 Sinda/G 热分析方法  15-16
    1.4.2 TMG 热分析方法  16-17
  1.5 本文主要研究内容  17-19
第2章驱动机构热传递分析及其热分析模型  19-29
  2.1 引言  19
  2.2 空间环境状况  19-21
  2.3 驱动机构的主要传热方式及热平衡分析  21-26
    2.3.1 热传导  21-24
    2.3.2 热辐射  24-25
    2.3.3 热平衡分析  25-26
  2.4 星载机构的热分析模型  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章太阳帆板驱动机构的热阻网络建模及热分析  29-40
  3.1 引言  29
  3.2 热阻网络法  29-30
  3.3 太阳帆板驱动机构的热阻网络建模  30-35
    3.3.1 热阻的定义  30-32
    3.3.2 热节点的布置  32-33
    3.3.3 单位制选择  33
    3.3.4 热阻热容值的确定  33-34
    3.3.5 驱动机构的热阻网络模型  34-35
  3.4 驱动机构热阻网络模型的稳态分析  35-37
  3.5 驱动机构热阻网络模型的瞬态分析  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章太阳帆板驱动机构的有限元建模及热分析  40-49
  4.1 引言  40
  4.2 热建模理论  40-42
    4.2.1 有限容积法  40-41
    4.2.2 热传导、热容和热耦合  41-42
    4.2.3 热平衡方程求解  42
  4.3 太阳帆板驱动机构的有限元建模  42-44
    4.3.1 模型简化说明  42-43
    4.3.2 材料属性  43
    4.3.3 轴承等效说明  43-44
    4.3.4 太阳帆板驱动机构的网格剖分  44
  4.4 驱动机构有限元模型的稳态分析  44-45
  4.5 驱动机构有限元模型的瞬态分析  45-48
  4.6 本章小结  48-49
第5章星载机构热设计和分析的有限热阻网络法  49-63
  5.1 引言  49
  5.2 有限热阻网络法  49-51
  5.3 热阻网络模型的对比研究  51-57
    5.3.1 热阻网络模型稳态分析的对比研究  51-53
    5.3.2 热阻网络模型瞬态分析的对比研究  53-57
  5.4 有限热阻网络模型的对比研究  57-61
    5.4.1 有限热阻网络模型稳态分析的对比研究  57-58
    5.4.2 有限热阻网络模型瞬态分析的对比研究  58-61
  5.5 有限元法分析结果与实验结果的对比分析  61-62
  5.6 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-70
致谢  70

应用Sinda及TMG的星载机构热设计和分析方法研究

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