光电子技术与器件 光能转换与器件

TM914.42006054477卫星太阳能电池板热设计参数的灵敏度分析=Parametersensitivity analysis for solar array of satellite thermal de-sign[刊,中]/韩玉阁(南京理工大学动力工程学院.江苏,南京(210094)),宣益民//南京理工大学学报(自然科学版).—2006,30(2).—178-181,208利用系统灵敏度理论,对卫星热设计问题进行了分析,导出了卫星热设计系统的灵敏度方程,并以太阳能电池板的热设计为例,对系统的灵敏度方程进行了求解,分析了各参数的灵敏度,为太阳能电池板热设计中结构及物性参数的确定提供了依据,为太阳能电池板热设计的可靠性验证以…     

基于高精度解析解的航天器热设计方法

针对微小卫星热设计需求,基于球形双层集总参数模型,解析求解了双节点动态热平衡方程。提出使用多个类谐波近似处理周期性外热流边界的手段,消除外热流近似带来的计算误差。通过单次线性化处理,直接求解动态热平衡方程,得到高精度的动态温度解析解,使用四阶Runge-Kutta方法进行了数值验证。基于高精度解析解,设计了航天器导热–辐射双参数直接调控计算程序,对某小卫星模型进行热设计,对设计结果进行热仿真计算,验证了设计方案的可行性与准确性。     

基于正交试验的RLV再入轨迹参数灵敏度分析

为分析RLV再入过程中参数对再入动态性能的影响,基于正交试验设计理论,运用极差分析法对影响RLV再入过程的7项重点参数开展灵敏度研究,仿真试验结果表明峰值热流、峰值动压、峰值过载和总加热量对初始速度和质量最为敏感,质量、初始航迹偏角、常值升力系数和初始高度之间的耦合灵敏度较大。提高初始速度和质量的精度,其它灵敏度较低的参数可适当放宽精度,从而提高飞行器性能,降低飞行器研制成本,确保再入飞行的安全性和可靠性。该方法不受系统模型限制,能减少试验运算和数据处理工作量,可有效应用于非线性、不连续的RLV动态再入过程制导算法鲁棒性评估和参数灵敏度分析,为再入任务规划提供理论支撑。     

空间长线阵多谱段红外探测器的制冷控制方法研究

在分析国内某卫星某载荷所用的长波长线阵多谱段红外探测器的冷量需求、降温时间、温度稳定性、可靠性及卫星可提供的功率、热控资源的基础上,确定了通过降低制冷机热端和压缩机温度以减少输入功率的开环控制设计方法;并对组件进行热平衡试验,试验数据表明,该方案功率需求较低、可靠性较高,是一种较好的制冷设计方案。     

一种轻小型遥感相机高精度主动热控设计

轻小卫星的集成化、紧凑化和小型化设计理念使得卫星散热困难,迫切需要高效率、高可靠、低成本的热控分系统,来控制卫星内部的热控过程;介绍了一种分布式测温控温装置,在航天相机的主体和镜头的温度监测中使用,可为相机主体和镜头温度控制的提供参数,通过高精度测温和PID控温,实现对相机工作环境温度实时控制,克服了传统热控方式的体积大、精度低、可靠性差缺点,非常适用于轻小型遥感相机。     

磁悬浮振动传感系统及误差分析

利用磁悬浮技术设计一款惯性振动传感器,对传感系统进行受力分析,得出系统二阶运动方程;同时进行磁路分析得到系统刚度表达式,涡流分析得到系统的阻尼表达式,进而计算出传感系统的各部分参数,其刚度值为140 N/m,固有频率为11.2 Hz,阻尼为2.56 N·s/m;通过分析传感系统的温度误差与非线性误差,提出误差补偿方法:对温度误差进行热磁分流补偿,对非线性误差进行线圈补偿;标定得出传感器的灵敏度高达220 V·s·m-1;使用该传感器对爆炸冲击信号进行测量,实验结果表明该传感器能较好地描述爆炸振动信号;并且该传感器有灵敏度高、结构简单、防电磁干扰等优点。     

基于三组元可调光焦度器件的变焦光学系统设计

采用矩阵光学理论分析三组元可调光焦度器件的变焦系统的一阶属性，得到了基于系统放大率的光焦度控制方程。结合三组元系统初始参数并以系统球差最小为目标，对其进行了初始结构设计，得到了透镜形状参数的控制函数，然后进行光焦度和像质评价验证计算，最后对设计实例进行了归化对比验证。验证结果表明:对球差最小优化值的求解可信，设计方法为采用可调光焦度器件设计变焦系统提供了参考。     

双稳系统随机共振的能量输入机理

从布朗粒子运动所遵循的Langevin方程出发，分析了周期性外力提供给布朗粒子的瞬时功率和平均功率．揭示了双稳系统随机共振的能量输入机理．理论分析与数值仿真结果表明，布朗粒子吸收的瞬时功率随时间作周期性变化，其变化的频率是周期性外力的2倍，而其幅值和均值的大小都受控于噪声强度．改变布朗粒子所处热环境的参数，能有效地控制周期性外力的能量输入形式．     

光调制红外热像仪的设计与有限元模拟

新型热像仪是一种基于微机械技术的光调制热成像系统,它采用光调制原理来实现像转换和像增强,春核心是一个采用与互补型金属氧化物半导体工艺相溶的微机械技术制作的光调制热成像器件。该系统具有一系列潜在的优点：灵敏度和分辨率高、体积和能耗小、响应时间短并可在室温下工作。叙述了器件的设计和建模,通过一种简化的悬臂梁理论计算了其灵敏度、最小可探测能量及响应时间等参数,并对双材料梁的设计进行了优化。采用ＡＮＳＹＳ５．４程序对设计的器件进行了有限元模拟,得到的灵敏度和响应时间分别为０．０３ｍ／Ｗ和６ｍｓ。     

紫外成像光谱仪结构组件优化设计

针对星载紫外成像光谱仪展开研究，设计了一种用于监测大气环境污染变化的光谱仪结构组件。在初始结构基础上，采用变密度拓扑优化方法，确定重要部件材料的最佳分布。在此基础上分析了关键尺寸参数对系统性能的灵敏度，建立以第二代非支配排序遗传算法为优化算法的多目标优化模型，完成光谱仪结构组件的尺寸优化设计。优化后，结构重量降低58.7%。对设计后的结构进行了静、热分析及杂散光分析，分析结果均满足光学系统要求。动力学分析分析结果与试验结果最大误差为4.72%，力学试验前后结果对比得到光谱特性测试的最大变化为0.4个像素，证明了提出的紫外成像光谱仪结构组件设计的合理性和可靠性。     

基于环境减灾小卫星(HJ-1B)的地表温度单窗反演研究

地表温度是地球环境中的一个关键参数,可探测地表温度的热红外波段在光谱谱段中占有重要位置.针对近年来发射的HJ-1B星波段特点,本研究在基于影像的COST模型大气校正基础上,以宁夏为研究区,采用无需大气水汽含量参数的单窗算法反演地表温度,并采用同步的MODIS温度产品对比验证,结果表明该法具有<1 K的较高精度.同时,对...     

Homotopy perturbation method for fin efficiency of convective straight fins with temperature-dependent thermal conductivity

In this Letter, the homotopy perturbation method (HPM) has been used to evaluate the efficiency of straight fins with temperature-dependent thermal conductivity and to determine the temperature distribution within the fin. The fin efficiency of the straight fins with temperature-dependent thermal conductivity has been obtained as a function of thermo-geometric fin parameter and the thermal conductivity parameter describing the variation of the thermal conductivity. The results reveal that homotopy perturbation method is very effective and simple. The resulting correlation equations can assist thermal design engineers for designing of straight fins with temperature-dependent thermal conductivity.     

带有分数阶热流条件的时间分数阶热波方程及其参数估计问题

研究了Caputo导数定义下带有分数阶热流条件的一维时间分数阶热波方程及其参数估计问题.首先,对正问题给出了解析解;其次,基于参数敏感性分析,利用最小二乘算法同时对分数阶阶数α和热松弛时间τ进行参数估计;最后对不同的热流分布函数所构成的两个初边值问题,分别进行参数估计仿真实验,分析温度真实值和估计值的拟合程度.实验结果表明,最小二乘算法在求解时间分数阶热波方程的两参数估计问题中是有效的.本文为分数阶热波模型的参数估计提供了一种有效的方法.     

基于集成分析法的光机热一体化设计

光机热一体化设计是改进空间光学仪器设计,优化系统总体设计参数的重要方法。集成分析法对设计方案综合性能的动态评估是一体化设计的核心,通过分析系统热光学性能,指导修改设计参数,实现系统光/机/热同步设计。以某空间光学仪器主镜系统的热控设计为例,介绍了这种方法在实际工程中的应用。     

Design of Closed-Cycle MHD Generator with Nonequilibrium Ionization and System

A closed-cycle MHD generator topping a steam bottoming plant is analyzed. The combined power plant involves three working fluids in three loops. The MHD loop is investigated more thoroughly since it is the least conventional of the three. Equations are developed to determine the geometric and thermodynamic variables throughout the MHD channel for inlet conditions of mass flow, temperature, pressure, and velocity. Limiting design parameters are output power, channel length, channel aspect ratio, Hall parameter, and interaction parameter. The basic closed-cycle MHD loop working fluid can consist of either argon or helium seeded with cesium. Both non-equilibrium ionization produced by the elevation of the electron temperature from joule heating of the plasma and thermal ionization are considered. Equations used to calculate the electrical conductivity and the elevation of electron temperatures are derived. These equations are coupled with the one-dimentional differential equations applicable to an MHD generator. The chief interest is in determining those MHD channel conditions which result in the most thermodynamically efficient MHD-steam plantcombination. Thus an overall heat balance forthe system is required. Equations are developed to calculate the gas properties at the various stations of the closed loop and to determine the overall efficiency of the cycle. A rather flexible computer program written in Fortran is used to solve the MHD generator equations and to make the overall heat balance. Some typical results presented demonstrate the feasibility and adaptability of the analysis for optimizing the thermal efficiency and the sensitivity of thermal efficiency to various parameters.     

ANSYS在低温压力容器应力分析与优化设计中的应用

介绍了大型有限元软件ANSYS在低温压力容器典型应力分析(不连续区局部应力分析、热应力分析、接触应力分析、复合材料应力分析)与优化设计中的应用,论证了ANSYS作为低温压力容器应力分析与优化设计有效手段的实用性和可靠性,为低温压力容器的应力分析和优化设计找到了一条新途径。     

微直通道内气体滑移流动的二维理论和数值研究

以微直通道内气体滑移流动为例,采用扰动分析方法,结合不同阶滑移条件,得出N-S方程的理论解.采用不同滑移模型,对不同进出口压比、长宽比、工质的微通道流进行理论和数值分析,着重研究稀薄效应、热蠕动效应以及不同滑移条件对计算结果的影响.计算表明,努森数是表征稀薄效应的特征参数,而热蠕动效应的强弱依赖于雷诺数.在极大长宽比的低速流工况下,理论和数值结果与实验吻合很好.     

地脉动作用下主机装置靶室结构稳定性分析与评估

在大型固体激光器结构稳定性设计中,数值模拟结果是结构稳定性设计的主要依据,故数值模拟的可信度至关重要。为了评估装置稳定性计算结果的可信度,基于现代模型验证与确认技术中关于不确定性源的量化及传播分析方法、模型形式误差与预测推断的叠加方法研究,对靶球结构的最大位移响应进行了预测推断。稳定性分析中为了快速进行不确定性参数的传播和灵敏度分析,使用二次响应面模型作为代理模型,灵敏度分析结果表明模态阻尼比对靶球结构的稳定性影响更大。对关心量的稳定性预测结果表明,靶球结构最大位移响应的上界与稳定性设计指标相比,安全裕度仍大于7,说明主机装置的稳定性设计具有足够的可信度。     

Transient thermal analysis as measurement method for IC package structural integrity

Practices of IC package reliability testing are reviewed briefly,and the application of transient thermal analysis is examined in great depth.For the design of light sources based on light emitting diode(LED) efficient and accurate reliability testing is required to realize the potential lifetimes of 105 h.Transient thermal analysis is a standard method to determine the transient thermal impedance of semiconductor devices,e.g.power electronics and LEDs.The temperature of the semiconductor junctions is assessed by time-resolved measurement of their forward voltage(Vf).The thermal path in the IC package is resolved by the transient technique in the time domain.This enables analyzing the structural integrity of the semiconductor package.However,to evaluate thermal resistance,one must also measure the dissipated energy of the device(i.e.,the thermal load) and the k-factor.This is time consuming,and measurement errors reduce the accuracy.To overcome these limitations,an innovative approach,the relative thermal resistance method,was developed to reduce the measurement effort,increase accuracy and enable automatic data evaluation.This new way of evaluating data simplifies the thermal transient analysis by eliminating measurement of the k-factor and thermal load,i.e.measurement of the lumen flux for LEDs,by normalizing the transient Vfdata.This is especially advantageous for reliability testing where changes in the thermal path,like cracks and delaminations,can be determined without measuring the k-factor and thermal load.Different failure modes can be separated in the time domain.The sensitivity of the method is demonstrated by its application to highpower white In GaN LEDs.For detailed analysis and identification of the failure mode of the LED packages,the transient signals are simulated by time-resolved finite element(FE) simulations.Using the new approach,the transient thermal analysis is enhanced to a powerful tool for reliability investigation of semiconductor packages in accelerated lifetime tests and for inline inspection.This enables automatic data analysis of the transient thermal data required for processing a large amount of data in production and reliability testing.Based on the method,the integrity of LED packages can be tested by inline,outgoing inspection and the lifetime prediction of the products is improved.