(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211033668.7 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 北京空间飞行器总体设计 部 地址 100094 北京市海淀区友谊路104 号 (72)发明人 张立　丰茂龙　陈灵　赵亮　付杨　 杨佳鑫　戎建臣　王念　张津凯　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 贾文婷 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种大型空间运动部件热设计验证方法 (57)摘要 一种大型空间运动部件 热设计验证方法， 涉 及航天热控制领域， 包括： 对依据温度指标要求 设计的大型空间运动部件的单个组件进行界面 耦合热平衡试验， 热平衡试验按照在轨工作模式 对组件进行外部条件和工作状态的模拟， 在达到 热平衡状态时， 获得组件及 耦合界面的热平衡温 度数据； 进一步根据热平衡温度数据， 修正组件 热分析仿真模 型， 使试验温度结果和计算温度结 果的偏差达到航天标准要求； 将各组件 热分析仿 真模型的修正结果迭代到空间运动部件整体热 仿真分析模 型中； 对空间运动部件整体热仿真分 析模型进行任务模式仿真， 对比仿真计算结果与 温度指标要求， 验证大型空间运动部件热设计的 正确性。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115510614 A 2022.12.23 CN 115510614 A 1.一种大 型空间运动部件热设计验证方法， 其特 征在于： 包括 S1： 对依据温度指标要求设计的空间运动部件的一个类型的单个组件进行界面耦合热 平衡试验， 获得组件及耦合界面的热平衡温度数据； S2:根据热平衡温度数据， 修正组件热分析仿真模型， 并进行仿真分析， 得到计算温度 结果， 使组件热平衡温度数据和计算温度结果的偏差 达到航天标准要求； S3:重复步骤S1 ‑S2， 直到对空间运动部件所有类型的组件热分析仿真模型完成修 正； S4:将各组件热分析仿真模型的修正结果迭代到空间运动部件整体热仿真分析模型 中； S5:对空间运动部件热仿真分析模型进行任务模式的仿真预示， 对比仿真预示结果与 温度指标要求， 验证空间运动部件的热设计正确性。 2.根据权利要求1所述的一种大型空间运动部件热设计验证方法， 其特征在于： 所述热 平衡试验包括按照在轨工作模式对组件进 行外部条件和工作状态的模拟， 在达到热平衡状 态时， 获得组件及耦合界面的热平衡数据。 3.根据权利要求2所述的一种大 型空间运动部件热设计验证方法， 其特 征在于： 所述外部条件的模拟包括外热流模拟和组件的耦合界面温度模拟； 外热流模拟的外热流条件与空间运动部件实际工作环境相同； 耦合界面温度模拟的温度范围覆盖空间运动部件实际工作环境中可能出现的极端温 度； 组件设有两个耦合界面， 两个耦合界面分别为支架快速连接耦合界面(5)、 加载轴快速 连接耦合界面(9)。 4.根据权利要求3所述的一种大型空间运动部件热设计验证方法， 其特征在于： 所述外 热流模拟通过外热流模拟装置进行， 外热流模拟装置包括真空罐(7)、 设置于真空罐(7)内 的加热装置 。 5.根据权利要求4所述的一种大型空间运动部件热设计验证方法， 其特征在于： 所述加 热装置包括红外笼和 加热片。 6.根据权利要求3所述的一种大型空间运动部件热设计验证方法， 其特征在于： 所述耦 合界面温度模拟通过支架工装(6)进行， 支架工装(6)与支架快速连接耦合界面(5)的快速 连接装置配合， 支架工装(6)表面设有对支架快速连接耦合界面(5)进 行均匀加热的加热回 路。 7.根据权利要求6所述的一种大型空间运动部件热设计验证方法， 其特征在于： 所述加 热回路包括均布于支 架工装(6)表面的加热片。 8.根据权利要求3所述的一种大型空间运动部件热设计验证方法， 其特征在于： 对于关 节类组件的所述工作状态的模拟通过试验加载轴(8)进行， 试验加载轴(8)穿过真空罐(7)， 一端连接有能够施加模拟载荷的装置， 另一端连接加载轴快速连接耦合界面(9)， 经关节类 组件内部电机驱动实现对带 载转动工作模式的模拟。 9.根据权利要求3所述的一种大型空间运动部件热设计验证方法， 其特征在于： 在所述 支架快速连接耦合界面(5)、 加载轴快速连接耦合界面(9)的温度范围内， 选择2～5组温度 条件对各个组件耦合界面的灵敏度进行 热平衡试验。 10.根据权利要求1所述的一种大型空间运动部件热设计验证方法， 其特征在于： 所述 热平衡状态为温度监测点测量 值变化率达到航天标准要求。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115510614 A 2一种大型空间运动部件热设计 验证方法 技术领域 [0001]本发明涉及航天热控制技术领域， 基于组件界面耦合热平衡试验， 提出了一种大 型空间运动部件热设计验证方法。 背景技术 [0002]随着我国航天事业的不断发展， 对空间的探索领域不断深化， 对于具备空间感知、 机动和操作能力的大型运动部件的使用需求越来越大， 这类部件能够辅助完成航 天器的在 轨装配、 在轨推进剂加注补加、 污染清理、 故障检查、 设备更换等任务， 相应的特征是结构尺 寸大、 运动姿态复杂、 工作模式多样。 [0003]我国空间站上配套的机械臂就是其中的一个典型， 它不仅是支持空间站组装、 运 营、 维护和空间应用的重要技术手段， 而且承担着舱段转位对接、 悬停飞行器捕获和辅助对 接、 支持航天员出舱活动、 舱外货物搬运、 舱外状态检查、 暴露平台实验载荷照料以及光学 平台照料等任务。 [0004]空间站机械臂是七自由度的大型运动机构， 主体由七个关节、 两个末端执行器、 一 套中央控制器、 一套肘部相机、 两套腕部相机、 两根臂杆组成， 一端固定时的操作空间半径 为9.5m， 最大负载能力25t， 自重890kg， 对应不同的在轨任务需求， 整臂的空间构型也复杂 多样。 [0005]对于此类大型空间运动部件， 其热设计采用地面热平衡试验验证， 存在以下2方面 的困难： [0006]1)在地面验证工作性能， 要保证机电设备热耗与在轨一致， 需在零重力工装的辅 助下克服自身重力影响才可开展， 但零重力工装在现有的真空容器中不具备安装实施条 件； [0007]2)在热平衡试验中， 运动部件需验证与在轨一致的复杂运动工作模式， 外热流模 拟装置的安装固定无法实现。 [0008]目前尚未查询到专利项目能够解决空间大 型运动部件的热设计验证难题。 发明内容 [0009]本发明解决的技术问题是： 针对现阶段条件下， 无法开展大型空间运动部件热平 衡试验的不足， 提出一种 大型空间运动部件热设计验证方法， 利用组件耦合界面灵敏度热 平衡试验结果， 包络修 正空间运动部件的热分析仿真模型， 验证其热控设计的正确性。 [0010]对于这一类大型空间运动机构， 其各组件之间一般通过通用的快速连接装置进行 配合连接， 满足相对运动及自身在轨维修更 换的多种需求。 [0011]本发明的技 术解决方案是： [0012]一种大型空间运动部件热设计验证方法， 将大型空间运动部件的单个 组件的快速 连接装置作为耦合界面， 按组件分别进 行热平衡试验， 在试验中进 行灵敏度工况测试， 并将 试验结果用于修正组件热分析仿真模型， 进一步迭代修正整个运动部件的热分析模型， 综说　明　书 1/5 页 3 CN 115510614 A 3