[发明专利]一种小卫星动态热分析建模方法

权利要求书

1.一种小卫星动态热分析建模方法，包括卫星姿态建模、空间外热流建模以及传热建模，其特征在于：

所述空间外热流建模包括基于离散的外表面网格，进行平行光遮挡判断，并结合轨道计算过程，求解空间外热流；以及

所述传热建模包括使用通用热平衡方程，结合卫星表面之间的辐射换热以及向冷背景的散热，确定卫星表面换热边界条件，计算连续温度场。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卫星姿态建模包括：

基于轨道信息参数，计算卫星所在的轨道；以及

基于姿态参数，计算轨道坐标系到本体坐标系的转换关系，以获取当前时刻，在卫星的本体坐标系下，太阳辐射与地球红外辐射的方向向量，以及卫星进、出地球阴影的真近点角。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述轨道信息参数包括太阳黄经初值卫星的运行圈数N、卫星运行周期τ₀、轨道倾角i、近地点高度h_p、远地点高度h_a、半长轴a、升交点赤经初值Ω₀以及近地点幅角初值ω₀；根据上述参数，推导出如下公式，以计算得到卫星进、出地球阴影的真近点角V：

其中，

及e分别为轨道偏心率和参数，其中R_E为地球平均半径；

i_Θ为太阳光与轨道平面的夹角，满足：

其中，I为黄赤交角，为升交点赤经，其中，J为捷弗里斯常数，取值0.001624，为地球赤道半径；以及为太阳黄经；以及

Λ为会日点到近日点的地心角距，满足：

其中，为近地点福角。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述姿态参数采用欧拉角描述卫星姿态，以轨道坐标系O₀x₀y₀z₀为参考坐标系，包括：偏航角ψ、俯仰角θ以及滚转角其采用转序，以获得轨道坐标系O₀x₀y₀z₀到本体坐标系O_bx_by_bz_b的转换关系:

其中，

以及

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述空间外热流的求解包括：

太阳辐射外热流q₁＝Sφ₁＝Scosβ_s，当卫星处于地球阴影区时，所有外表面面元的φ₁均为0；

地球红外外热流当0≤β≤arccosk时，φ₃＝k²cosβ；当arccos k≤β≤(π-arccos k)时，以及，当(π-arccos k)≤β≤π时，φ₃＝0，其中β为卫星-地球连线与面元的外法线的夹角；以及

地球反照外热流其中，φ₂＝φ₃cosΦ，其中，Φ为太阳光和卫星-地球连线的夹角，满足cosΦ＝cos i_Θ cos(Λ+V)，其中，当卫星处于地球阴影区时，所有外表面面元的φ₂＝0。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传热建模包括：将卫星热系统划分为隔热外壳、结构板、散热面以及舱内热环境4个集总参数，其中，所述隔热外壳包括隔热层、隔热层蒙皮和外表面涂层，然后并以所述隔热层蒙皮和外表面涂层的平均温度、散热面外表面平均温度及卫星舱内平均温度界作为上述集总参数的状态变量,根据热力学第一定律分别列能量守恒方程,并将其整理为统一的矩阵形式：

其中，

C_i是热熔；

Q_i是热源功耗；

GL_i,j为节点i,j之间的热导系数：其中，λ_i,j为导热率，A_i,j为横截面积，以及L_i,j为相邻节点间距离；以及

GR_i,j为热辐射系数：GR_i,j＝σε_iA_iB_i,j，其中，σ为Stefan-Boltamann常数，ε_i为反射率，A_i为辐射面积，以及B_i,j为辐射交换系数。