卫星光通信终端中光机系统接触界面温度场研究

论文摘要

瞄准、捕获、跟踪是卫星光通信中的关键技术,其中卫星光通信终端的二维转台是进行瞄准、捕获和跟踪的主要机构,具有复杂的光机一体结构。由于在轨运行时,终端的二维转台部分要暴露在星外空间中,这将导致终端上光机元部件发生热形变,从而影响激光链路的瞄准、捕获和跟踪。因此,在卫星光通信工程研究中需要建立合理可靠的温控措施。进行空间温控设计,对复杂光机结构界面上温度场变化研究具有十分重要的意义。本文从真空环境下光通信终端钛合金接触面热阻的研究出发,应用实验和软件仿真两种研究方法对光通信终端光机系统的接触界面温度场分布进行了研究。以实验研究为主,设计了一套适合固体接触界面温度场研究的实验设备,并对钛合金TC4的接触热阻进行实验研究。为卫星光通信终端的热设计提供了0.9~4.5MPa的界面压强范围内,温度为60~90℃条件下的钛合金TC4接触热阻值。研究结果表明,界面压强是影响界面传热的最重要因素,压强越大热阻越小;而在所研究的温度范围内温度对热阻的影响相对较小。论文研究了不同初始状态下,接触压力随温度的变化,结果表明温度均匀升高,接触压力也会随之均匀变大,这与热形变原理相符合。仿真研究主要分两部分:一方面是对实验系统的仿真,所得到的温度场分布与实验研究得到的轴向温度场分布相符合。另一方面,结合课题研究的背景,分析了终端热分布的不均衡引起的指向偏差对通信性能的影响,由于终端的温度场分布与接触面热阻相关,从而把接触热阻值与光通信终端的PAT理论相联系了起来,为卫星光通信终端热控设计提供了一定的参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状和分析
• 1.2.1 界面接触温度场分布特性机理研究
• 1.2.2 界面接触温度场分布特性应用研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 温度场变化相关理论
• 2.1 空间换热理论
• 2.1.1 物体内导热
• 2.1.2 空间辐射换热
• 2.1.3 小空间的对流换热
• 2.2 接触面热阻分析
• 2.2.1 概念分析
• 2.2.2 接触界面热交换
• 2.3 本章小结
• 第3章 接触面温度场分布仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 仿真软件介绍
• 3.3 钛合金接触模型仿真
• 3.3.1 仿真参数设定
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 界面温度场实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方案设计
• 4.2.1 实验测试系统
• 4.2.2 实验装置
• 4.2.3 实验原理
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 试样温度场分布
• 4.3.2 接触面热阻
• 4.3.3 界面压强压力随温度的变化
• 4.4 本章小结
• 第5章 接触面温度场分布对PAT的影响
• 5.1 引言
• 5.2 接触面温度场分布对PAT的影响
• 5.2.1 仿真参数设定
• 5.2.2 仿真结果与分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢