一种外热流模拟装置及其热流控制方法

摘要

本发明提供一种外热流模拟装置，包括结构化吸波阵、制冷系统、主动加热系统、主控传感器和专用热流计；所述制冷系统、主动加热系统和主控传感器安装于所述结构化吸波阵尖锥面的背面；将待测天线摆放在所述结构化吸波阵的下方，所述专用热流计采用隔热安装方式安装在所述待测天线上方。本发明提供的外热流模拟装置及其热流控制方法可以进行微波辐射状态下的空间外热流模拟，热流模拟不均度优于±2%，远高于红外加热笼和红外灯阵等外热流模拟方法，同时可以为后续具有微波载荷微波辐射需求的真空热试验方法提供技术基础。

权利要求

1.使用外热流模拟装置的热流控制方法，所述外热流模拟装置包括结构化吸波阵、制冷系统、主动加热系统、主控传感器和专用热流计；

所述制冷系统、主动加热系统和主控传感器安装于所述结构化吸波阵尖锥面的背面；

将待测天线摆放在所述结构化吸波阵的下方，所述专用热流计采用隔热安装方式安装在所述待测天线上方；

其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据所述外热流模拟装置辐射换热关系，将天线表面吸收外热流转化为所述结构化吸波阵背面的表面温度；

S2、将所述结构化吸波阵背面的表面温度设定为控温目标值，采用闭环控制算法，对所述结构化吸波阵表面温度进行初始温度控制；

S3、所述结构化吸波阵表面温度平衡后，若热流计温度与热流目标温度差值在±0.5℃以内，则判断为满足天线吸收热流模拟精度要求；若热流计温度与热流目标温度差值大于±0.5℃，则调整所述结构化吸波阵背面温度，直至热流计温度与热流目标温度差值在±

0.5℃以内，判读为满足天线吸收热流模拟要求；

S4、返回步骤S1，直至试验所有工况结束。

说明书

一种外热流模拟装置及其热流控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及外热流模拟领域，特别涉及一种外热流模拟装置及其热流控制方法。

背景技术

[0002] 随着新一代遥感卫星的发展，真空热试验时，SAR天线需要进行微波发射状态下性能考核，保证与在轨工作状态保持一致，进行真实的、有效的真空环境性能验证，提高地面试验模拟精度。传统外热流模拟装置如红外加热笼、红外灯阵等只能模拟空间外热流，无法吸收SAR天线辐射的电磁波，不能真实有效的模拟天线表面接收的空间外热流。因此，创新设计国内首次基于微波辐射的外热流模拟装置，即具有吸波功能的外热流模拟装置（简称吸波热沉），既能吸收天线辐射的电磁波，又能精确模拟空间外热流。因此，本领域需要提供一种真空低温环境下的基于微波辐射的热流控制方法。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种外热流模拟装置及其热流控制方法，以解决现有技术手段无法真实有效的模拟天线表面接收的空间外热流的问题。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种外热流模拟装置，包括结构化吸波阵、制冷系统、主动加热系统、主控传感器和专用热流计；所述制冷系统、主动加热系统和主控传感器安装于所述结构化吸波阵尖锥面的背面；将待测天线摆放在所述结构化吸波阵的下方，所述专用热流计采用隔热安装方式安装在所述待测天线上方。

[0005] 进一步地，还包括辅助传感器，所述辅助传感器安装在所述结构化吸波阵的尖锥内部。

[0006] 进一步地，所述主动加热系统进行主动热补偿，所述制冷系统与空间环境模拟室进行辐射换热。

[0007] 进一步地，所述结构化吸波阵吸收待测天线辐射的电磁波，将所述电磁波转化为热能。

[0008] 进一步地，所述主控传感器控制所述结构化吸波阵的表面温度，通过所述结构化吸波阵表面以辐射换热的方式向所述待测天线表面施加外热流。

[0009] 进一步地，所述专用热流计用于测量天线表面的外热流。

[0010] 进一步地，所述辅助传感器用于测量所述结构化吸波阵顶部的温度分布，获取所述结构化吸波阵内部温度梯度。

[0011] 本发明还提供一种使用上述外热流模拟装置的热流控制方法，包括以下步骤：

[0012] S1、根据所述外热流模拟装置辐射换热关系，将天线表面吸收外热流转化为所述结构化吸波阵背面的表面温度；

[0013] S2、将所述结构化吸波阵背面的表面温度设定为控温目标值，采用闭环控制算法，对所述结构化吸波阵表面温度进行初始温度控制；

[0014] S3、所述结构化吸波阵表面温度平衡后，若热流计温度与热流目标温度差值在±0.5℃以内，则判断为满足天线吸收热流模拟精度要求；若热流计温度与热流目标温度差值大于±0.5℃，则调整所述结构化吸波阵背面温度，直至热流计温度与热流目标温度差值在±0.5℃以内，判读为满足天线吸收热流模拟要求；

[0015] S4、返回步骤S1，直至试验工况结束。

[0016] 本发明提供的外热流模拟装置及其热流控制方法可以进行微波辐射状态下的空间外热流模拟，热流模拟不均度优于±2%，远高于红外加热笼和红外灯阵等外热流模拟方法，同时可以为后续具有微波载荷微波辐射需求的真空热试验方法提供技术基础。

附图说明

[0017] 下面结合附图对本发明作进一步说明：

[0018] 图1是本发明实施例的外热流模拟装置的热流模拟方案。

[0019] 图2是本发明实施例的外热流模拟装置的系统换热关系。

[0020] 图3是本发明实施例的外热流模拟装置的温度控制目标示意图。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的外热流模拟装置及其热流控制方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

[0022] 如图1所示，本发明实施例的外热流模拟装置包括制冷系统1、主动加热系统2、主控传感器3、结构化吸波阵4、天线5、专用热流计6和辅助传感器7；所述制冷系统1、主动加热系统2和主控传感器3安装于所述结构化吸波阵4的背面；所述辅助传感器安装在结构化吸波阵4尖锥内部；所述天线5摆放在所述结构化吸波阵4的下面，两者之间的距离按照天线工作频段进行计算；所述专用热流计6采用隔热安装方式安装在天线表面上方。

[0023] 如图2所示，由外热流模拟装置辐射换热关系可知，待外热流模拟装置温度平衡后，外热流模拟装置对环境辐射的热流密度8与外热流模拟装置对天线表面辐射的热流密度10之和等于外热流模拟装置背面加热系统的补偿热流密度9、天线表面反射的热流密度11、天线表面给结构化吸波阵的热负荷12和天线发射微波被结构化吸波阵吸收后转化的热量13之和。工程应用中，在已知天线表面吸收热流密度、天线表面发射率、天线表面温度以及天线发射微波被结构化吸波阵吸收后转化的热量13的情况下，可以推得外热流模拟装置对天线表面辐射的热流密度10、天线表面反射的热流密度11、天线表面给结构化吸波阵的热负荷12以及外热流模拟装置对环境辐射的热流密度8，根据外热流模拟装置辐射换热关系，可以求得外热流模拟装置背面加热系统的补偿热流密度9，为外热流模拟装置热控设计和热流控制提供基础。

[0024] 如图2和图3所示，本发明外热流模拟装置的热流控制方法包括以下步骤：

[0025] 步骤一、试验前，根据外热流模拟装置辐射换热关系，将天线表面吸收外热流转化为结构化吸波阵背面表面温度；

[0026] 步骤二、试验中，将结构化吸波阵背面温度设为控温目标值，采用闭环控制算法，对结构化吸波阵表面温度进行初始温度控制；

[0027] 步骤三、待结构化吸波阵表面温度平衡后，观察专用热流计表面温度，进行判断，若热流计温度与热流目标温度误差在±0.5℃以内，则判断为满足天线吸收热流模拟精度要求；若热流计温度与热流目标温度误差大于±0.5℃，则缓慢调整结构化吸波阵背面温度， 直至热流计温度与热流目标温度误差在±0.5℃为止，判读为满足天线吸收热流模拟要求，此方法中热流计温度为间接控制目标；

[0028] 步骤四、返回步骤一，开始新的试验工况，重复步骤一到步骤三，直至试验所有工况结束。

[0029] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。