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星载光学天线热分析及末敏弹整流罩气动加热变形分析

胡凡平  
【摘要】: 热变形及热应力分析技术在军事科研领域及民用科研领域都有着非常重要的现实工程需求和广阔的应用前景。本论文根据相关项目的研究要求,分别对星载激光通信光学天线的热变形问题以及末敏弹弹头气动摩擦加热变形问题进行了理论分析和仿真研究。 空间激光通信具有大通信容量、高传输速率、保密性好、高抗电磁干扰能力、终端设备体积小、功耗低等优点,得到各个国家的重视。光学天线系统是空间光通信系统中的一个重要组成部分,其性能优劣将直接影响空间光通信的进行。在针对深空探测测控通信新技术研究过程中,美国JPL进行的激光通信实验 结果表明空间环境适应性研究对建立星地链路非常重要。国内外较新的研究也表明,空间热环境下光学天线的热变形会导致传输光束产生光强衰减、波前畸变、光束扩展、漂移、散烁、到达角起伏等现象,是目前严重阻碍星地激光通信工程化实现的主要因素之一,如不采取相应的抑制或缓解措施,其严重程度将导致星地激光通信链路通信质量的严重下降,甚至无法建立通信。 论文介绍了空间热环境给光通信带来的影响及国内外热设计的方法与概况,介绍了真空太阳辐射的计算方法,根据真空热平衡方程和其他各种辐射量的计算方法对空间环境温度进行了计算。利用弹性力学理论对真空热环境下压圈固定方式下反射镜与夹持圈之间的作用力大小进行了计算,并对夹持力进行了选择。利用ANSYS有限元仿真软件对近地轨道卫星光学天线进行了瞬态热变形及热应力仿真。并对结果进行了分析。 弹头以超音速飞行在大气中时,会受到严重的气动加热的影响。为了给末敏弹总体设计提供必要的基础理论和相关数据,准确地进行气动加热计算十分必要。 论文这一部分对气动加热理论作了介绍,并在此基础上对弹头驻点和壁面热流密度及温度进行了计算,并利用ANSYS有限元仿真软件对弹头气动加热变形及其热应力进行了仿真计算,并对结果进了分析。本部分成功完成了气动加热及热响应的一系列计算,由气动热到温度再到热变形,热应力的分析,给弹头设计工作提供了有效的参考数据。


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