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空间充气展开太阳电池阵的热分析

作　者: 邢慧颖
导　师: 苗常青
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 充气展开 太阳电池阵 热变形 温度场 热振
分类号: V442
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 322次
引　用: 2次
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内容摘要


太阳电池阵是空间飞行器的重要部件。飞行器沿轨道飞行时要周期性的经历日照区和阴影区引起高低温变化,使得太阳电池阵产生热变形从而导致热振现象,严重时会影响飞行器的正常工作。充气展开太阳电池阵是一种新型太阳电池阵,本文对充气展开太阳电池阵在空间环境条件下的热变形及热振动进行了研究。本文采用有限元方法对太阳电池阵在空间环境条件下的热变形进行了分析,分析考虑了太阳辐射热流、地球辐射热流等空间热流对充气展开太阳电池阵温度场和热变形的影响,完成了两种不同材料支撑管的太阳电池阵结构稳态热分析的数值模拟,研究了这两种结构在日照区和阴影区的稳态温度场和热变形,同时分析了引起结构弯曲变形的原因。分析结果表明,空间辐射热流将引起太阳电池阵上下表面较大的温差,从而导致电池阵产生较大的热变形,因而需要从结构设计及材料选择等方面进行优化以控制电池阵的热变形。同时,分析结果表明,本文所采用的方法是合理、可行的。支撑管是充气展开电池阵的主要支撑和展开部件,其变形决定了太阳电池阵整体结构的变形及振动,本文研究了空间展开太阳电池阵支撑管在经历突加热流时的热振响应,还对阻尼、材料的热学、力学参数及结构尺寸等因素对结构热振响应的影响进行了研究。研究表明,这些因素对结构的热振响应均有不同程度的影响。根据模拟的结果,本文对热振响应的机理进行了探讨。利用Boley热振理论对整体太阳电池阵结构的热振响应进行了分析评价,根据分析结果,可以为改进电池阵结构设计从而增加结构热振稳定性提供指导。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究综述  9-14
    1.2.1 国外研究概况  10-13
    1.2.2 国内研究概况  13-14
  1.3 课题主要研究内容  14-16
第2章 太阳电池阵的热分析理论  16-26
  2.1 空间热环境与航天器热平衡  16-17
    2.1.1 空间环境  16
    2.1.2 空间热源  16-17
    2.1.3 航天器热平衡  17
  2.2 热分析相关理论  17-25
    2.2.1 航天器在太空中的主要传热方式  17-19
    2.2.2 热变形和热应力  19
    2.2.3 Boley热振理论  19-20
    2.2.4 有限单元法  20-21
    2.2.5 导热微分方程和定解条件  21-23
    2.2.6 热－结构响应的有限元方程  23-25
    2.2.7 振动稳定性  25
  2.3 本章小结  25-26
第3章 太阳电池阵的稳态热分析  26-39
  3.1 引言  26
  3.2 计算模型的建立  26-28
    3.2.1 基本假设和相关参数  26-28
    3.2.2 有限元模型  28
  3.3 两种材料支撑管的稳态热分析  28-38
    3.3.1 复合材料支撑管太阳电池阵结构的稳态热分析  28-33
    3.3.2 钢质支撑管太阳电池阵结构的稳态热分析  33-36
    3.3.3 两种材料结构的稳态热分析对比  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章 太阳电池阵支撑管的热振分析  39-60
  4.1 引言  39
  4.2 支撑管的热振分析  39-44
    4.2.1 计算模型的建立  39-41
    4.2.2 支撑管热振动稳定性的分析  41-44
  4.3 阻尼对热振特性的影响  44-45
  4.4 热学参数对热振特性的影响  45-48
    4.4.1 比热容  45-46
    4.4.2 热传导系数  46-48
  4.5 力学参数对热振特性的影响  48-52
    4.5.1 热膨胀系数  48-50
    4.5.2 弹性常数  50-52
  4.6 几何参数对热振特性的影响  52-57
    4.6.1 直径  53-54
    4.6.2 长度  54-55
    4.6.3 壁厚  55-57
  4.7 空间展开太阳电池阵的热振响应预测分析  57-58
    4.7.1 空间展开太阳电池阵的模态分析  57
    4.7.2 空间展开太阳电池阵热振响应的预测分析  57-58
  4.8 本章小结  58-60
结论  60-61
参考文献  61-68
致谢  68

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 电气设备
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