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1、I-DEAS微纳卫星被动热控设计与有限元仿真 摘要微小卫星是目前国内外航天技术的重要发展方向，而卫星热控分系统的作用是，为立方星上的仪器设备提供合适的温度环境。为了保证立方星在宇宙空间能够安全的高保障的工作，就需要进行热计算和热分析。本文对国内外微纳卫星被动热控技术现状和发展趋势进行研究调查，对立方星在宇宙空间所处的热环境进行了调查了解，针对立方星的工作特点和工作要求建立热控方案，通过仿真软件建立卫星热分析模型。在调研国内外资料以及合理假设的基础之上，通过I-DEAS 软件的Design模块下的Master Modeler对立方星进行了进行了建模和有限元网格划分，运用Simulation模块下
2、的TMG进行热仿真分析。得出的仿真结果能够满足立方体卫星的总体要求，表明所提出的热设计方案和热设计措施满足设计需求。31354关键词 立方星 热控系统 被动热控 设计 仿真毕业论文设计说明书外文摘要Title Micronanoelectronic Satellite Passive Thermal Control Design and Finite Element Simulation AbstractMicronanoelectronic satellite is an important development direction of current aerospace technol
3、ogy, thermal control subsystem function is to provide a suitable environment for the on-board temperature equipment.The thermal analysis is necessary to guarantee the cubesat in space can be safe and reliable work.Investigation of the domestic and foreign micro-nano satellite passive thermal control
4、 technology status and development trend,and investigation cubic star in the space in which the thermal environment,In view of the cubic star working characteristics and their quest to establish a thermal control scheme,Through the simulation software to establish the model of satellite thermal anal
5、ysis.On the basis of rational hypothesis, through i-deas TMG on satellite simulation analysis software, the simulation results meet the requirements of satellite overall, show that the proposed thermal design meet the design requirements. 源自六维$论*文|网(加7位QQ3249114Keywords Cubesat Thermal control syste
6、m Passive thermal control Design Simulation目 次1 引言11.1 课题背景11.2 卫星热控制的意义2 1.3 国内外热控技术现状21.3.1 国外研究现状21.3.2 国内研究现状31.4 本文研究内容31.5 本章小结3 2 立方星的被动热控系统设计42.1 被动热控介绍 42.2 热控设计的主要原则42.3 热控设计的基本依据42.3.1 传热学理论基础52.3.2 卫星的飞行任务52.3.3 卫星空间热环境52.4 立方星热设计方案72.5 本章小结83 NJUST-1立方星热控系统设计与仿真分析103.1 I-DEAS软件介绍 103.2
7、热控方案设计 123.3 轨道外热流计算 153.4 温度场仿真分析 173.4.1 稳态分析 173.4.2 瞬态分析 183.5 结果与讨论 183.6 本章小结 19结论 20致谢 21参考文献 221 引言1.1 课题背景微纳卫星（NanoSat）一般是指质量小于10kg并且具有一些实际的使用功能的卫星。随着高新技术发展和需求的进步和提升，微纳卫星以它体积小、功耗低、开发周期短，可编队组网，能以更低的成本完成很多复杂的空间任务的优势，在科研、国防和商用等各个不同的领域发挥着重要作用。1XX年，欧盟面向全球高校和科研机构发出“集结号”：计划发射50颗微小卫星，邀请全球高校共同参与到“QB
8、50”中。2南京理工大学就是其中一所参与“QB50”计划的学校，学校已建成VHF/UHF地面站，实现卫星在轨后的测控管理和数据传输控制。 :立方星的基本结构如下图：图1.1 立方星的组成微纳卫星是集合各个学科的先进技术发展起来的，热控制系统就是其中的一个分系统。热控分系统对于航天器来说是非常重要的。其目标是保证所有零部件工作在一定的温度范围内。立方星非常小的体积和质量决定了它的热惯性非常小，也就是说它的温度变化范围可能特别大，这一点给热控分系统提出了挑战3。立方星在轨期间将经历最冷和最热的极端温度环境。因此，需要进行温度场数值仿真并进行热试验考察立方星要承受的极端温度环境，验证立方星是否能满足
9、温度的要求4。本文将讲述NJUST-1温度场数值仿真理论、分析计算过程和结果。1.2 卫星热控制的意义立方星的热控系统在航天器中的主要任务是，保障立方星正常工作的温度环境。5卫星能否研制成功发射进入太空完成使命，以及其工作寿命的长短，这些都取决于热控系统性能的优劣和可靠性的高低。由于卫星处于高真空、超辐射、微重力、高低温交变等的恶劣环境中，使卫星的散热问题成了首当其冲要解决的难题，而这正是卫星热控分系统的任务。如果在星上采用的热控措施不合理或者不完善，卫星上仪器设备的工作温度就得不到有效的保证，就会导致卫星构件处于极高或极低的温度环境中，从而造成构件失效或者损坏。不均匀的温度分布还会在设备内部
10、引起热应力和热变形，造成设备疲劳损坏、机械性断裂或永久变形，严重则会影响卫星整体工作任务的完成。比如日本的“大隅号”实验卫星、加拿大的通讯技术卫星CTS、美国的“陆地卫星-4”和美国的“天空实验室”卫星等，都是因为热控制系统故障而造成了重大的损失。6就是因为这样，卫星的热控技术一直以来都是卫星技术发展过程中的关键点和难点之一。对于纳卫星来说，由于它紧凑化和小型化的设计理念，导致了众多的电子元器件集成在越来越小的区域内。从而热流密度急剧增加，使得电子器件的散热更加困难，严重缩短其寿命，而这与卫星的在轨寿命息息相关。因此，在纳卫星的设计中，做好热分析工作，采取合适的热控制措施就显得尤为突出了。71.3 国内外热控技术的现状1.3.1 国外研究现状1.3.2 国内研究现状1.4 本文的研究内容调研国内外立方体卫星被动热控设计和仿真分析的思路，分析我校研制的NJUST-1立方体卫星发射段所处轨道的外热流环境，为NJUST-1立方体卫星设计被动热控方案，并建立NJUST-1卫星的热分析模型，进行NJUST-1卫星热仿真计算。1.5 本章小结本章主要简单的介绍了“QB50”计划这一背景和国内外立方星热控的基本现状，简述了热控设计面临的挑战，阐述了NJUST-1热控设计的必要性，一个良好的热控系统才能保证航天器能圆满完成任务，明确了本课题的研究内容。
