[发明专利]空间环境模拟装置中的目标热辐射分析方法

说明书

本发明涉及一种空间环境模拟装置中的目标热辐射分析方法，采用仿真方法首先建立一空间三维模拟场景，场景中包括热影响模型以及测试目标；然后根据确定的热影响模型，建立所述测试目标的热方程；然后输入工况参数，对所述热方程进行求解；最后根据求解的热方程，生成整体场景的温度场以及红外辐射场。本发明采用大型球形容器、热沉、太阳模拟器、背景辐射模拟器、测试轨道及测试设备、转台、观测窗口模拟场景，耦合三维非稳态情形进行辐射换热分析，可以实现波段3μm～50μm的辐射场的精确模拟。

技术领域

本发明涉及空间目标仿真模拟测量技术，特别是关于空间目标红外辐射及传热分析方法。

背景技术

在空间目标红外辐射模拟测量试验中，目标本身的红外辐射往往由于周围环境的干扰以及特殊包覆材料的散射、辐射特性以及小角度特性，均存在测不准的问题。因此，构建空间目标光学特性仿真模型对目标红外辐射进行分析，对辅助测量目标在真空冷环境下的温度、辐射、散射特性参数，至关重要。

红外辐射是考察目标光学特性的一种手段，建立一种空间目标红外辐射热分析模型，结合这些模拟场进行耦合传热分析以及辐射特性计算。

发明内容

因此，针对于上述要求，本发明的目的是提供一种空间测试目标红外辐射热分析方法，用以准确分析空间目标的红外辐射和传热特性。

为了解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种空间测试目标红外辐射热分析方法，是采用仿真的方法：

首先建立空间各对象三维几何模型；

然后从中确定热影响模型；

然后根据确定的热影响模型，建立测试目标的热方程；

然后设置工况参数，对所述热方程进行求解；

最后根据求解的热方程，生成各观测方向红外辐射场。

优选地，所述三维几何模型，包括大型球形容器，在所述球形容器内壁面设置有热沉，所述球形容器顶部设置有太阳模拟器，所述球形容器内底部设置有背景辐射模拟器，所述背景辐射模拟器上方设置测试转台，所述转台承载测试目标，所述球形容器内部设置有安装测试设备的弧形导轨，所述球形容器壁上设置有观测窗口。

优选地，所述热影响模型包括所述测试目标以及边界辐射换热模型，所述边界辐射换热模型包括太阳模拟器、背景辐射模拟器、热沉、测试转台，所述太阳模拟器、背景辐射模拟器、热沉、测试转台的辐射换热模型为蒙特卡洛模型。

优选地，所述背景辐射模拟器是包括多个弧形结构的单元，所有单元先组成不同半径的圆环形区域，所有不同半径的圆环形区域同心排布构成整个辐射面，所有单元的参数可独立设置。

优选地，所述测试转台包括半圆形导轨及底座两部分构成，假设导轨等效为直径为D、宽度为W的弧形板，所述测试目标等效为处于导轨圆心位置的受热面积为的三角形受热面；则对于导轨圆心处，导轨的总辐射立体角可近似计算为：

按最大立体角进行计算，则转台导轨标的辐射加热功率G_台为：

其中ε_w为转台的发射率，σ是斯忒藩-波尔兹曼常数，T_台为转台温度。

优选地，所述测试目标的热方程中，包括测试目标自身的热平衡方程以及边界条件，所述边界条件包含定壁温边界条件，定热流边界条件以及变热流边界条件。

优选地，所述热方程采用离散法求解，求解过程中采用四面体控制单元。

优选地，对于所述测试目标自身的热平衡方程求解，包含非稳态项和扩散项。