卫星瞬态传热模型分层反演修正方法研究及验证

Heat transfer model correction is an essential technology for satellite designing, virtual experiment and raising the ripeness of satellite. The new satellites have low thermal inertia and fluctuating thermal condition because of integration and multi-application mode, so that the effective correction method for transient heat transfer model is in great demand. The research will be carried out in order to built and validate reversal correction method layer by layer for transient heat transfer model of satellite. First，Representation method with multiple characteristic quantity for time domain process of transient temperature will be researched，then the describing method for functions about sensitive of characteristic quantity to parameters in heat transfer model and minimum error of characteristic quantity between analysis values and testing values will be studied, so that the building method will be set up for key functions of reversal correction method layer by layer for transient heat transfer model of satellite. Afterwards, reversal method layer by layer will be optimized by comparing reversal error with different gradation methods and reversal methods, in consideration of the parameters' layers by sensitive difference have an effect on reversal accuracy. Base on the key technology research，the system method will be built for reversal correction layer by layer for transient heat transfer model of satellite, and it will be validated by experiment data and telemetry data. The research will provide a believable reversal correction method layer by layer for transient heat transfer model to satellite. in addition, it will satisfy the new development of satellite designing technology.

传热模型修正方法是卫星热设计的必要关键技术，是卫星虚拟热试验技术、和提高卫星平台可继承性的重要保障。新型集成化、多应用模式卫星具有低热惯性和大幅瞬变热条件的热特点，对瞬态传热模型有效修正方法的需求十分迫切。本项目拟通过研究建立卫星瞬态传热模型分层反演修正方法并进行验证。首先在瞬态温度多特性量表示方法基础上，对瞬态温度特性量对参数敏感度函数、瞬态温度分析值与试验值最小误差目标函数的描述方法进行研究，从而解决分层反演修正方法中瞬态量相关核心函数的构建方法问题。然后，在考虑瞬态传热模型存在大不确定度参数的情况下，对分层反演方法按参数敏感度差异进行优化，提高反演修正精度。在关键技术研究基础上，建立卫星瞬态传热模型分层反演修正系统方法，利用某型微小卫星的热试验数据和在轨飞行数据对关键技术和系统方法进行验证，为卫星瞬态传热模型修正提供可行的系统方法，以适应卫星设计技术发展的新需求。

本项目以突破卫星瞬态传热模型参数反演修正方法关键技术为目标，建立了等级相关系数有效值的多特性量敏感度分析方法及逐级分类方法。利用多监测点温度标准差的最小均方差建立目标函数构建方法。规划了不同敏感度参数的优化反演方法，形成了卫星瞬态传热模型参数分层反演系统方法。在此基础上，建立了卫星瞬态传热模型反演修正系统方法。利用某型微小卫星试验数据为标准数据，对其瞬态热分析模型进行修正，并建立瞬态温度误差均方差、参数误差逐层演化、反演数据正向验证的评价方法体系。修正结果表明：分层各步均发挥了相应修正方法的优势，最终瞬态温度误差值由8%~16%降低到5%以下，瞬态温度时均量、波动振幅、峰谷值时间的仿真精度均有明显改善；对未修正比热容参数和修正所有敏感参数的瞬态温度误差和温度动态变化进行比较说明了对温度波动特性分析的改善贡献较大，温度瞬态误差由5%~8%降低到5%以下；通过该卫星修正中未利用的低温和特殊工况数据，以及修正后模型在热真空试验和在轨温度动态预计中的应用效果验证了，该修正方法及关键技术的可行性，可为小卫星瞬态热分析模型修正研究提供有益的参考。