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一体化星敏感器温度控制措施及试验验证

更新时间:2009-03-28

一体化有源像元(APS)星敏感器由于其姿态测量精度高,在要求高地面定位精度的光学遥感卫星上获得越来越多地应用[1-2]。该星敏感器由于采用一体化结构,单机热耗集中且在不开启制冷器时高达8 W,对星敏感器法兰的温度水平及稳定度影响较大。此外,由于星敏感器大都安装在卫星对天面,空间外热流波动较大,也会对星敏感器法兰的温度水平及稳定度产生较大影响。由于星敏感器的光学组件直接安装在法兰上,法兰的温度水平及稳定度直接影响星敏感器的姿态测量精度,进而影响卫星的地面定位精度。因此,在热设计过程中必须考虑星敏感器法兰的高精度高稳定性的温度控制措施[3-4]

目前,在轨航天器较少对星敏感器提出(T±1)℃(T为针对不同类型航天器星敏感器的温度要求)高稳定度的温度控制需求,尚未见关于小型APS星敏感器集中布局的高稳定度热设计和试验研究报道。本文以太阳同步轨道卫星为例,针对(20±1)℃高稳定度的温度控制要求,对3台一体化APS星敏感器集中布局的情况进行了全新热控设计并进行了试验验证[5-6]

1 星敏感器组成及布局

一体化APS星敏感器主要由星敏感器本体、光学系统、遮光罩、制冷器、电路等组成,其外形和在卫星上的安装位置如图1和图2所示[7-8]。3台星敏感器通过1个一体化支架安装在整星-Z侧。

二是为什么将2449点作为周线级别反弹的C4浪起点?而非2019年元旦前后的这个空间落点?从笔者的周期预测系统,确认的角度来看,确实只能定义为2449点就开始了这轮周线级别的反弹。同时,反向推导的话,春节后或者2019年第一季度的涨跌方向及节奏看,也只能把2449点定义为周线级别反弹的开始;

单台星敏感器不开制冷器时热耗为8 W,制冷器开启后热耗为12.1 W。星敏感器组热耗集中,且法兰接口温度要求在整个寿命期间控制在(20±1)℃。

  

图1 星敏感器构型Fig.1 Star sensor configuration

  

图2 星敏感器布局示意Fig.2 Star sensor distribution

2 星敏感器组件温度控制措施

星敏感器热设计的目标是控制星敏感器安装法兰的温度水平和稳定度,而星敏感器法兰的温度水平和稳定度主要受外热流波动和内热源影响,在热设计中,需尽量减少星敏感器吸收的外热流,同时设计合理的散热途径将星敏感器吸收的外热流和自身内热源产生的热量排散出去。此外,当星敏感器处于轨道阴影区时,外热流突降会加剧星敏感器法兰的温度波动,需要设计合理的主动控温回路。

综上,下文通过热扰动源波动控制、热量传递路径设计和高精度温度控制参数选择3方面,对星敏感器进行热设计。

2.1 热扰动源波动控制

由于星敏感器组件位于整星-Z侧,外热流在一个轨道周期内可从0变化到1300 W/m2。需针对外热流峰值和星敏感器热耗最大极端工况进行热设计,且热设计需同时满足卫星正常飞行和姿态机动飞行姿态。

为有效抑制热扰动源的波动,采取如下措施:

(1)星敏感器外表面包覆多层隔热组件,尽量减少星敏感器(进光口除外)的吸收外热流,减少其热扰动源的总量;

综上所述,使用单台星敏感器参加热平衡试验,其传热路径、热阻、散热能力等均能与正样设计状态等效,且能覆盖3台星敏感器的外热流状态。

(2)通过星敏感器遮光罩设计逐层消弱进光口的吸收外热流,并通过星敏感器遮光罩与本体的隔热手段,降低外热流对星敏感器本体的影响;

(3)在星敏感器集热冷板布置主动控温加热回路,以抑制星敏感器外热流突降情况下造成的温度波动。

2.2 热量传递路径设计

为将星敏感器热扰动源波动疏散出去,需要构建快速有效的传热通道,将传递到星敏感器的热扰动快速排散,从而保证星敏感器法兰具有极高的温度稳定度,具体措施如下:

(1)在星敏感器法兰与星敏感器支架之间设计集热冷板,收集外热流波动和星敏感器自身热耗波动带来的热量变化;

基于以上热设计方法的星敏感器组件最终热控措施如图3所示。

(2)在整星外热流波动最小的舱板外建立星敏感器的独立散热面,以快速排散星敏感器的热扰动;

(3)在集热冷板和散热面之间构建三维热管网络作为传热通道。

我院2016年12月至2017年12月42例急性肾炎急性期患儿均符合小儿急性肾炎急性期临床诊断标准,患者均出现肢体非凹陷性水肿,尿量减少,同时伴有腹水、胸腔积液等临床症状。排除标准:(1)排除合并心、肝、肾等重要脏器疾病患儿。(2)排除合并认知障碍患儿。(3)排除合并甲状腺疾病、糖尿病等全身系统疾病患儿。本次研究经医院伦理会以及患儿家属同意,所有患儿家属均表示自愿参与本次实验。

由于热管的传热能力随着长度的增加而减小,单根热管无法满足长距离热量的传递,且热量传递为三维立体路径,单根热管需要多次弯扭才能实现热量的传递,为保证热量传递路径的有效性和可靠性,在集热冷板与散热面之间的热量传递路径中设计过渡冷板,单台星敏感器先使用2根三维小热管将热量从集热冷板传递至过渡冷板上,再使用1根大热管将热量从过渡冷板传递至星敏感器独立散热面。

[2] 尤政,王翀,邢飞,等. 空间遥感智能载荷及其关键技术[J]. 航天返回与遥感,2013,34(1):35-43

2.3 高精度温度控制参数选择

为保证星敏感器法兰接口温度在光照区和阴影区均满足要求,在星敏感器集热冷板布置主动控温加热回路,选用精度为±0.1 ℃的热敏电阻进行控温,并选用控温精度为12 bit的控温仪对加热回路进行比例温度控制。

2)丽水白云山森林公园降水量日变化,午后至上半夜降水较多,傍晚17:00出现峰值,20:00降水次之。降水峰值出现时段与华东初夏降水的日变化[15]分析中结论一致,丽水降水在午后至傍晚的峰值很明显。降水量年变化,梅雨期雨量集中,6月出现峰值,台汛期多热带气旋的影响,次峰值出现在8—9月。降水量随海拔先增加后减小,最大降水量高度约为700 m左右,在700 m以下降水量随海拔的增加而增大,700 m以上降水量随海拔的增加而减少。

第13自然段:爸爸去洗漱,我悄悄溜进病房,把一大束茉莉花插进瓶里,一股清香顿时弥漫开来。我开心地想:妈妈在这花香中欣欣然睁开双眼,该多有诗意呀!

 
  

图3 星敏感器组件热设计措施示意Fig.3 Star sensor group thermal design method sketch map

3 星敏感器热仿真分析

3.1 计算模型及网格划分

本文使用Thermal Desktop热分析软件求解热网络模型,考虑整星舱板外表面对星敏感器的遮挡和红外辐射影响、以及星内设备对星敏感器的辐射影响。针对第2节采用的热控措施,在热仿真分析中主要进行如下操作:

从前,喝酒、唱歌,那叫档次;现在,做家务、陪家人,那叫靠谱。不管你是什么身份地位,能把重心放在靠谱上,才叫责任。

(1)对星敏感器进行精细建模,精确计算星敏感器遮光罩之间以及遮光罩与星敏感器本体之间的热阻;

(2)对三维热管网络精细建模,将地面等效热管传热试验数据代入热分析模型,以保证热管传热能力的正确性;

[1] 边志强,蔡陈生,吕旺,等. 遥感卫星高精度高稳定度控制技术[J]. 上海航天,2014,31(3):24-38

Yang Changpeng,Zhao Xin,Xin Qiang. Thermal design and on-orbit thermal analysis on star sensor of inclined-orbit satellite[J]. Spacecraft Engineering,2013,22(6):59-64 (in Chinese)

 
  

图4 星敏感器热分析模型Fig.4 Thermal analysis network model of star sensor

3.2 热分析结果分析

根据任务需求,综合考虑在轨姿态机动、整星工作模式等因素,在整星热分析模型中单独对星敏感器设计工况进行分析[9],极端高低温计算结果见表1。图5分别显示了高温工况下星敏感器组件的温度和法兰温度。

总之,学业水平测试关系到学生的毕业与升学,既是升学,就得跟自己比,努力将成绩往上提,越高越好。齐集家长、班主任、任课教师多方力量调整学生的学习积极性;关系到中等职业学校教学质量的评估,任课教师通过书籍上的学习,同事间的交流,专家讲座的互动,专业的培训课程等加深教法学法的研究,学习新的教学理念、教学方法,不断提升自身的专业水平和教育教学水平。上下一条心,齐抓共管,方能在学业水平测试中取得佳绩。

因为本文模型具有典型的多约束非线性混合规划特性,所以基于现有相关算法的优缺点,设计了一种改良模拟退火遗传混合算法(Improved Simulated Annealing Genetic Algorithm, ISAGA),首先利用改进的遗传算法全局搜索确定最优解区域,再改进模拟退火算法区域搜索寻优解,以提升模型求解的效率与精度。

在三轴稳定对地定向飞行姿态下,由于星敏感器散热面不受照,外热流波动对集热冷板的温度影响较小。低温工况和高温工况集热冷板温度差别不大,高温工况比低温工况略有增加。低温工况和高温工况最大温差分别为0.93 ℃和0.90 ℃,满足(20±1)℃的指标要求。

式中:Kt为载荷系数,取值Kt=1.6;ψd为齿宽系数,取值ψd=1;u为齿数比,初选值为u=3.2;T为扭矩,T=14 765 N·m;ZH为区域系数,ZH=2.43;ZE为材料弹性系数,ZE=189.8;εa=εa1+εa2=1.6[4]。将各个数据带入公式(3)可得,d1t=226.43 mm。

 

表1 一体化星敏感器在轨极端工况下计算温度Table 1 Numerical temperature of integrated star sensor in on orbit extreme case

  

工况星敏感器1集热冷板星敏感器2集热冷板星敏感器3集热冷板最小值最大值最小值最大值最小值最大值最大温差低温19.5220.3119.2920.2219.3820.250.93全捕19.6220.4419.1820.2019.4920.441.02高温19.5020.3419.6020.4019.4420.340.90

  

图5 高温工况星敏感器及法兰温度云图Fig.5 Star sensor temperature and star sensor flange temperature map in hot case

4 星敏感器热平衡试验验证

4.1 热平衡试验的等效性

由于星敏感器使用的热管为三维结构,无法保证在整星热平衡试验过程中正常启动,为了验证热设计的正确性,对星敏感器进行部组件级热平衡试验。由于3台星敏感器光轴指向各不相同,调整星敏感器支架只能保证一台星敏感器的小热管处于水平位置能正常启动,故热平衡试验只能有1台星敏感器参加。因3台星敏感器热设计相同,通过控制其它2台未参加热平衡试验星敏感器热接口及参试星敏感器外热流,可对3台星敏感器均进行验证[10]

为保证热管在试验过程中正常启动,试验中热管均水平放置,且试验热管与热设计热管长度、弯曲半径及数量一致,从而试验热管与热设计热管具有等效的传热能力。星敏感器热平衡试验状态如图6所示。

在试验组件安装时,用水平仪测试热管的水平度。关闭真空模拟器前,在真空模拟器内用经纬仪复测并调节热管的水平度,以保证试验热管的水平度满足要求。

提前计算年终奖个税,合理避税。各公司在发放年终奖时,建议合理安排好金额,适当注意避开个税税率中的几个“盲区”,计算税后收入,避免出现“企业多给,员工少拿”的尴尬。

  

图6 星敏感器热平衡试验状态示意Fig.6 Star sensor thermal balance test status sketch map

4.2 试验结果及分析

高温工况星敏感器集热冷板的温度试验结果如图7所示。集热冷板1共放置4个热敏电阻,热敏电阻温度在19.49~20.18 ℃之间,4个热敏电阻测点温度差最大值为0.69 ℃(见图7);而高温工况下,集热冷板1的热分析温度结果为19.50~20.34 ℃,最大温差为0.84 ℃。无论是温度水平还是温差试验结果与热仿真分析结果均吻合较好(见表2)。

  

注:不同颜色代表不同位置的热敏电阻。图7 高温工况集热冷板1温度Fig.7 Collecting heat plate 1 temperature in hot case

 

表2 高温工况集热冷板1试验值与计算值对比

 

Table 2 Numerical temperature vs test temperature

 

of collecting heat plate 1 in hot case

 

  

位置星敏感器1集热冷板温度最小值最大值最大温差热分析值19.5020.340.84热试验值19.4920.180.69

5 结束语

本文提出了对星敏感器组件进行温度控制的措施,以太阳同步轨道卫星为例,针对(20±1)℃高稳定度的控温要求,对3台星敏感器集中布局的情况从控制热扰动源波动、控制热量传递路径和高精度温度控制参数选择等方面分析并采取了有效的措施,热设计仿真分析结果为星敏感器法兰接口温度波动在1 ℃以内。针对热设计开展了星敏感器的热平衡试验,试验结果充分验证了热设计的正确性。

参考文献 (References)

(3)对集热冷板主动控温回路进行比例控温设置,以对热设计方案进行等效仿真分析。

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由于整个热量传递路径复杂,需要精确计算传递路径每一环节的热阻,其中小热管与集热冷板的接触热阻在热量传递路径中较为关键,在热设计过程中需合理设计传热阻值,并做相应的敏感性分析。

还有安南(越南)自古以来就使用中国钱币。最早开始铸钱是在丁朝大瞿越大平年间(970),仿照中国宋朝方孔圆钱的形制铸成的,钱文多有宋体之意。从黎仁宗延宁起,到昭宗光绍年间(1454—1521),则是安南铸钱的成熟时期,无论铸钱技术,还是工艺水平,都达到了较高水平。光绍以后,安南古钱的制作便逐步走向下坡。安南曾经大量仿制过中国古钱,与中国铜钱同名的有15种。

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热分析模型节点共4423个,热分析模型见图4。

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Guan Fengwei. Typical work states analysis on thermal design of the sun-synchronous orbit star sensors[J]. Laser & Infrared,2015,45(12):1482-1487 (in Chinese)

近年来,中国电信湖南公司(以下简称“湖南电信”)持续优化体制机制,着力构建监督有力、制约有效、问责到位的落实监督责任制度体系。自2015年接受集团内巡开始,持续推动纪检监察体制机制改革,共印发10余项制度不断优化体制机制资料文件,从“定机构、定职责、定人员”,到完善基层纪委书记分工、增加专兼职纪检人员编制、提升岗位序列、建立三支监督队伍、组建风纪监督委员会、试点派驻纪检专员制等举措,确保纪委监督的相对独立性和权威性,推动党委主体责任和纪委监督责任形成良性互动。

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Gu Yanping,Fu Xin,Li Peng,et al. Research and performance testing on precise temperature control method of star sensor on geostationary orbit[J]. Aerospace Shanghai,2016,33(3):91-98 (in Chinese)

“留白”作为一种教学策略,很好运用了“未完成效应”的教学意义。将这一心理机制运用到课堂教学活动中时,指的是不直接通过讲述的方式明确将一些学习内容传授给学生,而是通过层层递进的问题设置、布置并完成任务、讨论交流等方式在课堂中留白。于学生而言,在试图填补“留白”的过程中,不仅获得学习的乐趣,更会得到发展的可能性。有时,“留白”与“未完成效应”的心理机制所取得的成效与收获未必是教师能够提前预知的。

护理风险评估干预目的主要在于确保患者得到高质量护理服务,不断优化护理细节,降低护理风险,通过给予患者优质、高效及全面的护理服务来提高患者的满意度[5]。本文作者对50例已接受优质护理服务的老干部病房患者实施护理风险评估干预,发现对患者进行护理风险评估干预后,护理操作水平显著上升,并且明显提高了患者的满意度。本研究结果中,护理风险评估干预组总满意率96%显著大于优质护理组的72%,差异有统计学意义(P<0.05);该结果充分说明了护理风险评估干预可改善老干部病房的护理质量及患者满意度,值得临床应用。

 
孙鹏,赵欣,刘伟,江海
《航天器工程》 2018年第02期
《航天器工程》2018年第02期文献

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