[发明专利]用于航天器热试验的红外灯阵的优化设计方法及装置

说明书

本发明提供了一种用于航天器热试验的红外灯阵的优化设计方法、系统、装置和计算机可读介质。该方法包括：构建初始红外灯阵，所述初始红外灯阵包括m行和n列，每行中相邻红外灯之间具有行间距，每列中相邻红外灯之间具有列间距，每个红外灯具有距离被照面的高度，m和n都是大于等于1的正整数；以及采用第一优化算法对所述行间距、所述列间距和所述高度进行优化迭代计算，所述第一优化算法的目标函数包括所述红外灯阵的热流分布不均匀度，停止迭代的条件包括所述热流分布不均匀度小于第一目标值。该方法计算速度快，提高了优化设计的效率。

技术领域

本发明主要涉及航天器领域，尤其涉及一种用于航天器热试验的红外灯阵的优化设计方法、系统、装置和计算机可读介质。

背景技术

红外灯阵是一种常用的外热流模拟装置，因其使用灵活，对航天器表面遮挡较小，且能够重复使用，被广泛地应用于航天器真空热试验中。红外灯阵的热流均匀度是用于评价其设计优劣的重要指标，差的热流均匀度会影响真空热试验的结果，降低热试验的准确性，甚至进而影响航天器的热设计，造成经济损失。

在进行航天器热试验时，传统的灯阵设计是根据经验设计灯阵的位置和高度，根据测得的热流均匀度来适当调整灯阵的布置，不仅费时费力，热流不均匀度也较难达到标准。某些情况下，为了提高热流均匀度，使用加热片模拟外热流，虽然能够达到热流均匀性要求，但是会破坏航天器表面的物理特性，并不适用于正样件的热试验。并且，加热片的成本较高，且只能一次性使用，大大增加了热试验费用和热改装的时间成本。

目前关于红外灯阵均匀度的研究普遍采用遗传算法对已有的红外灯阵进行优化设计，需要输入初始的阵列设计作为基础。并且这些研究只考虑了基本的矩形散热面(被照面)，没有对其他形状的散热面进行研究。此外，虽然遗传算法擅长找到全局最优解，但收敛较慢、运行时间长，在实际工程应用上不具优势，完全依赖数学计算的设计方法也忽视了工程经验对灯阵设计的指导作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种快速获得优化结果的用于航天器热试验的红外灯阵的优化设计方法、装置和计算机可读介质。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于航天器热试验的红外灯阵的优化设计方法，包括：构建初始红外灯阵，所述初始红外灯阵包括m行和n列，每行中相邻红外灯之间具有行间距，每列中相邻红外灯之间具有列间距，每个红外灯具有距离被照面的高度，m和n都是大于等于1的正整数；以及采用第一优化算法对所述行间距、所述列间距和所述高度进行优化迭代计算，所述第一优化算法的目标函数包括所述红外灯阵的热流分布不均匀度，停止迭代的条件包括所述热流分布不均匀度小于第一目标值。

在本申请的一实施例中，所述第一优化算法的约束条件包括所述行间距和列间距从所述红外灯阵的中心向外周逐渐减小，所述高度从所述红外灯阵的中心向外周逐渐降低。

在本申请的一实施例中，在所述构建初始红外灯阵的步骤中，还包括：基于工程经验设置所述行间距的初始行间距和所述列间距的初始列间距。

在本申请的一实施例中，所述第一优化算法包括粒子群优化算法。

在本申请的一实施例中，在所述采用第一优化算法对所述行间距、所述列间距和所述高度进行优化迭代计算的步骤中，还包括：设置行间距界限、列间距界限和/或高度界限；判断所述行间距是否超过所述行间距界限、判断所述列间距是否超过所述列间距界限和/或判断所述高度是否超过所述高度界限；当超过时，使所述行间距位于所述行间距界限之内、使所述列间距位于所述列间距界限之内和/或使所述高度位于所述高度界限之内。

在本申请的一实施例中，使所述行间距位于所述行间距界限之内、使所述列间距位于所述列间距界限之内和/或使所述高度位于所述高度界限之内的步骤包括：

当xx_max时，使x＝2*x_max-x；