空間充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)的熱力耦合分析

孫向偉1，徐彥2*，王培棟2，方琴2朱東方34

1. 浙江大學(xué) 先進(jìn)技術(shù)研究院，杭州 310027 2. 浙江大學(xué) 航空航天學(xué)院，杭州 310027 3. 上海航天控制技術(shù)研究所，上海 200233 4. 上海市空間智能控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200233

近年來，隨著高精度加工水平的不斷提升，衍射成像系統(tǒng)成為空間光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?？臻g光學(xué)遙感技術(shù)飛速發(fā)展，可以廣泛應(yīng)用于氣象預(yù)報(bào)、軍事監(jiān)視以及地面成像觀測(cè)等領(lǐng)域。衍射主鏡可以采用薄膜材料作為基底材料，具有大口徑、高分辨率、質(zhì)量輕、可折疊展開、公差寬松等優(yōu)點(diǎn)，可以由航天器搭載進(jìn)入軌道，減少制造成本和發(fā)射成本[1-3]?？臻g充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)是一種充氣展開式光學(xué)載荷，采用薄膜衍射成像系統(tǒng)，支撐結(jié)構(gòu)采用充氣展開結(jié)構(gòu)[4]，最大程度地降低了載荷質(zhì)量和發(fā)射體積，并有望實(shí)現(xiàn)巨型口徑、輕質(zhì)化、更高空間分辨率的空間光學(xué)載荷。

圖1 MOIRE衍射望遠(yuǎn)鏡概念圖Fig.1 MOIRE diffraction telescope concept

美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局(DARPA)于2010年啟動(dòng)了MOIRE(Membrane Optic Imager Real-Time Exploitation)項(xiàng)目[4]，即空間薄膜衍射成像系統(tǒng)。MOIRE衍射望遠(yuǎn)鏡概念如圖1所示。該系統(tǒng)的主鏡由兩圈圓菲涅爾子鏡組成，內(nèi)圈圓鏡的直徑為1 m，外圈圓鏡直徑為1.5 m，內(nèi)外圈圓鏡共計(jì)36塊。MOIRE項(xiàng)目的承包商美國(guó)鮑爾航空航天技術(shù)公司(BATC)、美國(guó)納克訓(xùn)材料公司(Ne Xolve)和美國(guó)勞倫斯-利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)在材料[5-6]、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能測(cè)試[7]等方面完成了大量研究。

對(duì)于大型空間結(jié)構(gòu)，空間熱載荷是最重要的載荷之一，有必要研究結(jié)構(gòu)在軌運(yùn)行期間的瞬態(tài)熱應(yīng)力、熱變形和熱致振動(dòng)[8-9]。航天器結(jié)構(gòu)在空間環(huán)境影響下產(chǎn)生靜動(dòng)力響應(yīng)，結(jié)構(gòu)變形又會(huì)改變溫度場(chǎng)分布。由于大型空間結(jié)構(gòu)的大變形和非線性因素，溫度場(chǎng)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間存在明顯的多場(chǎng)耦合效應(yīng)?，F(xiàn)有的航天器熱設(shè)計(jì)大多關(guān)注熱載荷對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的單向影響，熱力耦合研究則主要針對(duì)剛性結(jié)構(gòu)，而柔性結(jié)構(gòu)如充氣薄膜結(jié)構(gòu)熱分析很少考慮熱力耦合效應(yīng)。隨著柔性結(jié)構(gòu)在大型航天器中廣泛應(yīng)用，有必要研究其熱力耦合性能，從而為后續(xù)的熱設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

本文針對(duì)充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)在軌運(yùn)行時(shí)的熱致變形問題，開展柔性結(jié)構(gòu)熱力耦合效應(yīng)研究，通過建立順序耦合求解框架，并對(duì)通用有限元軟件進(jìn)行二次開發(fā)，數(shù)值仿真了充氣薄膜成像結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力和熱變形。

1 充氣薄膜成像結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

空間充氣薄膜衍射成像展開結(jié)構(gòu)包括：薄膜衍射主鏡、充氣環(huán)管、充氣直管、張拉索,整體模型如圖2所示。薄膜衍射主鏡、充氣環(huán)管和充氣直管均由透明聚酰亞胺薄膜制備而成。充氣直管和充氣環(huán)管粘接組成充氣支撐結(jié)構(gòu)，薄膜衍射主鏡水平設(shè)置，中心圓形鏡面直徑為500 mm，圓形鏡面周邊均勻粘接有12跨的花邊薄膜?；ㄟ叡∧ば螒B(tài)為圓弧，跨度為0.142 m，跨高為0.015 m。薄膜衍射主鏡通過12根張拉索和充氣支撐結(jié)構(gòu)連接，張拉索長(zhǎng)度為0.25 mm。

圖2 充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)模型示意Fig.2 Model of membrane diffraction imaging structures

充氣支撐結(jié)構(gòu)包括充氣環(huán)管和充氣直管，充氣環(huán)管采用12根充氣短管首尾相接，充氣環(huán)管內(nèi)側(cè)的內(nèi)切圓半徑為0.3 m，外側(cè)的內(nèi)切圓半徑為0.332 m，截面直徑為0.032 m。支撐結(jié)構(gòu)中有3根充氣直管和充氣環(huán)管連接，兩者內(nèi)腔相通。充氣直管的軸線長(zhǎng)度為1 m，截面直徑為0.03 m。其中充氣直管和環(huán)管之間的相貫線為復(fù)雜的空間曲線，如圖3所示。

圖3 充氣直管和環(huán)管相貫線Fig.3 Intersecting lines of inflatable tube and ring pipe

研制了充氣薄膜成像結(jié)構(gòu)樣機(jī)，并設(shè)計(jì)、研制了收納結(jié)構(gòu)和懸掛系統(tǒng)。充氣薄膜成像結(jié)構(gòu)樣機(jī)的折疊收納狀態(tài)和完全展開狀態(tài)如圖4所示。

圖4 充氣薄膜成像結(jié)構(gòu)樣機(jī)Fig.4 Prototype of membrane diffraction imaging structures

2 瞬態(tài)傳熱和熱彈性動(dòng)力學(xué)分析

如前所述，為了研究充氣薄膜成像展開結(jié)構(gòu)的熱力耦合效應(yīng)，需要建立順序耦合求解框架，包括主控模塊、瞬態(tài)傳熱分析模塊和熱彈性動(dòng)力學(xué)分析模塊。下面簡(jiǎn)要介紹航天器結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)傳熱和熱彈性動(dòng)力學(xué)分析理論。

2.1 瞬態(tài)傳熱分析[10-11]

充氣薄膜成像展開結(jié)構(gòu)在軌周期運(yùn)行時(shí)，相對(duì)于太陽和地球的位置和方向不斷變化，外熱流和輻射交換也在不斷變化，所以某一時(shí)刻溫度場(chǎng)的求解要進(jìn)行瞬態(tài)傳熱分析。

溫度場(chǎng)描述某一時(shí)刻物體中各點(diǎn)的溫度分布，是時(shí)間和空間的函數(shù)。

T=f(x,y,z,t)

(1)

式中：x,y,z為空間坐標(biāo)；T為溫度；t為時(shí)間。式(1)表示三維的瞬態(tài)溫度場(chǎng)。

一般用偏微分方程和其邊界條件來描述溫度場(chǎng)，根據(jù)溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的泛函，由其等價(jià)的泛函極值方程來求得問題的解。由充氣薄膜成像展開結(jié)構(gòu)在空間環(huán)境中的熱平衡關(guān)系，可得出薄殼單元的熱平衡方程[10]。

σT4εdA+λ2TdV+∑aσT4εφijdA

(2)

式中：φ1、φ2、φ3、φij分別為太陽直接輻射、地球反照、地球紅外輻射和部件之間輻射的角系數(shù)，它們均會(huì)隨結(jié)構(gòu)位移的不同而發(fā)生變化，本文只考慮太陽直接輻射和部件之間輻射，而沒有考慮地球反照、地球紅外輻射；c、a、λ、η、ε分別為材料熱學(xué)性能中的比熱、吸收率、熱傳導(dǎo)系數(shù)、反照率和材料黑度；ρ為材料密度；S為太陽常數(shù)；σ為斯特潘-波爾茨曼常數(shù)。

式(2)右端第1項(xiàng)為外熱流，第2項(xiàng)為單元向空間輻射的熱流，第3項(xiàng)為傳導(dǎo)換熱，第4項(xiàng)為單元間輻射換熱，左端為單元內(nèi)能的變化率。將上述方程左端項(xiàng)對(duì)時(shí)間域做有限差分展開，右端項(xiàng)用有限元方法求解，可得到下面的熱平衡方程。

(3)

式中：KK為總熱傳導(dǎo)矩陣；KR為總熱輻射矩陣；Kc為總熱容矩陣；QS為外熱流輸入形成的節(jié)點(diǎn)熱流失矢量；Ts為前一時(shí)刻物體表面的溫度；Tr為輻射源的環(huán)境溫度。應(yīng)用差分法可求解上述熱平衡方程，從而求得單元的時(shí)刻溫度[8]。

2.2 熱彈性動(dòng)力學(xué)分析

充氣薄膜成像展開結(jié)構(gòu)三維熱彈性動(dòng)力學(xué)的基本方程及其邊界條件[10]，即平衡方程如下：

σij,j+fi=ρui,tt+μui,t

(4)

式中：i,j,k,l為張量下標(biāo)，取值為1,2,6；σij為應(yīng)力張量；fi為體積力；ρui,tt和μui,t分別為慣性力和阻尼力；ρ為質(zhì)量密度；μ為阻尼系數(shù)；ui，t和ui,tt分別為位移ui對(duì)時(shí)間t的一次導(dǎo)數(shù)和二次導(dǎo)數(shù)，即分別表示速度和加速度。

幾何方程：

(5)

式中：εij為應(yīng)變張量。

物理方程：

(6)

式中：Dijkl為彈性矩陣；ε為應(yīng)變；α為材料的熱漲系數(shù)；T(t)為t時(shí)刻的瞬時(shí)溫度；T0為參考溫度；下標(biāo)e表示彈性。

邊界條件：

(7)

初始條件：

(8)

式中：ui(x,y,z)為初始位移；ui,t(x,y,z)為初始速度。

平衡方程式(4)及力的邊界條件的等效積分形式Galerkin方法可表示如下：

(9)

對(duì)式(9)的第一項(xiàng)v進(jìn)行分部積分，并代入物理方程，則：

(10)

在動(dòng)力分析中，引入時(shí)間坐標(biāo)，分析中一般采用部分離散的方法，即只對(duì)空間域進(jìn)行離散，并注意到結(jié)點(diǎn)位移變分δui的任意性，最終得到動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的振動(dòng)微分方程：

(11)

3 熱力耦合分析框架及建模

3.1 順序耦合分析框架

熱力耦合問題分為兩大類：一是熱-結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)變化的耦合問題；二是熱-結(jié)構(gòu)變形耦合問題。兩種問題均先由熱流的變化而引起結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的變化。結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的改變將引起結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的變化，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)位移和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，同時(shí)，溫度場(chǎng)的變化以溫度載荷的形式作用于結(jié)構(gòu)，也將引起結(jié)構(gòu)位移和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。由于涉及不同物理場(chǎng)之間復(fù)雜的相互作用和相互影響，很難用具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述物理場(chǎng)之間的耦合關(guān)系，所以分析任務(wù)具有很高的難度和復(fù)雜度。熱力耦合場(chǎng)分析方法分為兩類：直接耦合法[12]和順序耦合法[13]。直接耦合法只有一個(gè)分析求解器，使用包含多場(chǎng)自由度的耦合單元，通過計(jì)算包含位移自由度和溫度自由度的單元矩陣進(jìn)行耦合。順序耦合法先利用熱有限元模型求解出結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)，然后將溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)以溫度載荷的形式加載到有限元模型的節(jié)點(diǎn)上，完成結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力和熱變形計(jì)算。

對(duì)于本文研究的空間薄膜衍射成像充氣展開結(jié)構(gòu)，由于在空間熱環(huán)境中，聚酰亞胺薄膜材料在熱彈性范圍內(nèi)，故只考慮熱-結(jié)構(gòu)變形耦合問題。直接耦合法使得熱力耦合問題求解變得非常困難，為了最大限度地利用現(xiàn)有的求解器，本文采用順序耦合分析框架。

基于有限元軟件I-DEAS和ANSYS二次開發(fā)技術(shù)，通過自編寫的MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)空間薄膜衍射成像充氣展開結(jié)構(gòu)的熱力耦合分析。首先在ANSYS中進(jìn)行幾何建模、網(wǎng)格劃分，得到有限元模型，然后提取節(jié)點(diǎn)、單元信息編寫成I-DEAS有限元模型文件，設(shè)置軌道參數(shù)和求解控制參數(shù)等，并利用I-DEAS的TMG模塊求得充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)的在軌瞬態(tài)溫度場(chǎng)，導(dǎo)出其溫度場(chǎng)結(jié)果文件；將溫度場(chǎng)信息編寫成ANSYS載荷加載的命令流文件，并設(shè)置約束條件進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，求解得到充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力和熱變形；變形后的結(jié)構(gòu)模型傳遞給I-DEAS，用以下一個(gè)時(shí)間步的瞬態(tài)傳熱分析。充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)熱力耦合分析的基本流程如圖5所示。

在該流程圖中，ANSYS中幾何建模和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)求解都采用二次開發(fā)語言APDL完成， I-DEAS的瞬態(tài)傳熱分析也是采用二次開發(fā)語言prg完成，采用自編寫的MATLAB程序組織順序耦合求解過程，后臺(tái)調(diào)用ANSYS和I-DEAS進(jìn)行求解，并進(jìn)行兩者之間的數(shù)據(jù)傳遞。

圖5 熱力耦合分析流程Fig.5 Process of thermal-structural coupling analysis

3.2 有限元建模

按照前述的熱力耦合順序分析框架，在I-DEAS軟件的TMG模塊進(jìn)行瞬態(tài)傳熱分析，在ANSYS軟件中進(jìn)行熱致變形和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，兩部分分析需要采用同一有限元模型?？臻g薄膜衍射成像展開結(jié)構(gòu)的ANSYS有限元模型如圖6所示。結(jié)構(gòu)各部件的材料屬性設(shè)置見表1。充氣支撐結(jié)構(gòu)、薄膜主成像和花邊薄膜采用SHELL181單元離散，張拉索采用link180單元離散，并設(shè)置為只拉。薄膜主成像和花邊薄膜、張拉索中的預(yù)拉力通過降溫法施加，通過在薄膜主成像和花邊薄膜、張拉索的所有單元上施加-2℃的熱載荷，從而獲得薄膜衍射主鏡和張拉索中的預(yù)應(yīng)力場(chǎng)。

圖6 有限元模型Fig.6 FEA model

采用相應(yīng)的APDL語句自動(dòng)提取單元與節(jié)點(diǎn)信息，并將其寫入文本文件，在MATLAB程序中讀取包含節(jié)點(diǎn)和單元信息的文件后，生成I-DEAS軟件的prg文件，隨后調(diào)用I-DEAS軟件并讀取prg文件，建立I-DEAS瞬態(tài)傳熱有限元模型。在瞬態(tài)傳熱有限元模型中，各部件材料的熱物屬性設(shè)置見表1。

表1 充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)各部件材料屬性

在軌運(yùn)行時(shí)，充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)的衍射主成像法向方向始終指向地球，即Z軸方向指向地球，X軸為充氣薄膜衍射成像的飛行方向，瞬態(tài)傳熱有限元模型和在軌飛行如圖7所示。由圖7所示的結(jié)構(gòu)姿態(tài)、飛行方向和軌道參數(shù)等可以確定結(jié)構(gòu)所受的外熱流，為瞬態(tài)傳熱分析提供熱邊界條件。

圖7 充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)在軌飛行Fig.7 Flight of membrane diffraction imaging structures in orbit

軌道參數(shù):軌道高度為1 098.9 km，周期為6 432.44 s，離心率為0，軌道傾角為0°。初始計(jì)算時(shí)刻選定在升交點(diǎn)，太陽位置為春分點(diǎn)，充氣薄膜衍射成像展開結(jié)構(gòu)的初始溫度設(shè)定為290 K，初始時(shí)刻溫度場(chǎng)分布見圖8。充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)在軌飛行一個(gè)周期分為12個(gè)時(shí)間步，在一個(gè)時(shí)間步內(nèi)，再設(shè)置12個(gè)計(jì)算點(diǎn)，本時(shí)間步的最后時(shí)刻溫度場(chǎng)作為下一時(shí)間步的初始溫度。

圖8 0 s時(shí)刻的溫度場(chǎng)Fig.8 Temperature field at 0 s

4 仿真結(jié)果分析

4.1 預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析

對(duì)空間薄膜衍射成像充氣展開結(jié)構(gòu)使用ANSYS進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，當(dāng)充氣直管和環(huán)管內(nèi)氣壓為1 000 Pa時(shí)，首先進(jìn)行充氣氣壓作用下的靜力分析，然后進(jìn)行模態(tài)分析，采用Block Lanczos方法(蘭索斯法)分析結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。其中前10階頻率見表2，前4階頻率對(duì)應(yīng)的振型見圖9。

由模態(tài)分析結(jié)果可知，當(dāng)充氣直管和環(huán)管內(nèi)氣壓為1 000 Pa時(shí)空間薄膜衍射成像充氣展開結(jié)構(gòu)的基頻為2.185 Hz，設(shè)計(jì)氣壓滿足要求，結(jié)構(gòu)剛度較好。

表2 前10階頻率

圖9 前4階振動(dòng)模態(tài)Fig.9 First four vibrational modes

續(xù)圖9Fig.9 Continued

4.2 熱力耦合分析

通過充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)的熱力耦合分析，可以得到結(jié)構(gòu)在各個(gè)時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布、熱變形、熱應(yīng)力響應(yīng)。限于篇幅，其中4個(gè)時(shí)間步(分別是1 608.10 s、3 216.22 s、4 824.34 s、6 432.44 s)的瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布、熱變形分布、熱應(yīng)力分布、衍射主成像成像面中心節(jié)點(diǎn)Z方向位移響應(yīng)曲線如圖10～圖13所示。

圖10 第3個(gè)時(shí)間步熱力耦合分析結(jié)果Fig.10 Third step thermodynamic coupling analysis results

圖11 第6個(gè)時(shí)間步熱力耦合分析結(jié)果Fig.11 Sixth step thermodynamic coupling analysis results

圖12 第9個(gè)時(shí)間步熱力耦合分析結(jié)果Fig.12 Ninth step thermodynamic coupling analysis results

圖13 第12個(gè)時(shí)間步熱力耦合分析結(jié)果Fig.13 Twelfth step thermodynamic coupling analysis results

由分析結(jié)果可知充氣薄膜衍射成像展開結(jié)構(gòu)在軌運(yùn)行時(shí)，其溫度場(chǎng)分布瞬態(tài)變化，表3列出了12個(gè)時(shí)間步結(jié)構(gòu)上的最高、最低溫度值。

表3 12個(gè)時(shí)間步結(jié)構(gòu)上的最高、最低溫度值

由分析結(jié)果可知：最高溫度出現(xiàn)在4 788.30 s，為69.3℃，此時(shí)結(jié)構(gòu)上最低溫度為-42.2℃；最低溫度出現(xiàn)在6 432.44 s，為-131℃，此時(shí)結(jié)構(gòu)上最高溫度為-81.1℃；T10時(shí)刻(即5 360.38 s)結(jié)構(gòu)上溫度梯度最大，達(dá)到153℃，此時(shí)充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)即將進(jìn)入陰影區(qū)，結(jié)構(gòu)上受太陽熱輻射情況差異很大，造成結(jié)構(gòu)上較大的溫度梯度；T4～T8時(shí)刻，衍射主成像面上有明顯的局部溫度較低區(qū)域，主要是充氣支撐結(jié)構(gòu)對(duì)成像面產(chǎn)生了遮擋影響。

充氣薄膜衍射成像展開結(jié)構(gòu)在軌運(yùn)行過程中，各個(gè)時(shí)間步中結(jié)構(gòu)的最大熱變形值如表4所示。結(jié)構(gòu)最大熱變形出現(xiàn)在T2(1 072.06 s)時(shí)刻，最大熱變形的節(jié)點(diǎn)位于充氣直管上，達(dá)到11.55 mm，此時(shí)充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)剛由陰影區(qū)進(jìn)入日照區(qū)，溫度場(chǎng)變化劇烈，溫度梯度也較大，從而產(chǎn)生了較大熱變形。

表5為在軌運(yùn)行過程中12個(gè)時(shí)間步充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)的最大等效熱應(yīng)力。

由此可知最大熱應(yīng)力出現(xiàn)在T12(6 432.44 s)時(shí)刻，此時(shí)結(jié)構(gòu)上最高溫度為-81.1℃，最低溫度為-131℃；最大熱應(yīng)力為6.32 MPa，最大熱應(yīng)力節(jié)點(diǎn)位于充氣直管上，遠(yuǎn)小于聚酰亞胺薄膜材料的抗拉強(qiáng)度170 MPa，結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。

由各個(gè)時(shí)間步充氣薄膜衍射成像面中心節(jié)點(diǎn)Z方向響應(yīng)曲線可得，成像面中心處沒有出現(xiàn)較大的熱變形響應(yīng)。由此可見，空間熱載荷主要使充氣支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的熱變形，而對(duì)衍射主成像的影響較小。

表4 結(jié)構(gòu)最大熱變形

表5 結(jié)構(gòu)的最大等效熱應(yīng)力

5 結(jié)束語

本文研究了充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)的熱力耦合效應(yīng)，采用順序耦合分析框架，基于I-DEAS和ANSYS二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在軌運(yùn)行一個(gè)周期的熱力耦合分析，得到了瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布、熱變形、熱應(yīng)力響應(yīng)等，得到以下結(jié)論：

1)結(jié)構(gòu)瞬時(shí)最高溫度為69.3℃，最低溫度為-131℃；結(jié)構(gòu)上最大溫度梯度達(dá)到153℃，此時(shí)充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)即將進(jìn)入陰影區(qū)；T4～T8時(shí)刻，衍射主成像面上有明顯的局部溫度較低區(qū)域，主要是充氣支撐結(jié)構(gòu)對(duì)成像面產(chǎn)生了遮擋影響。

2)充氣薄膜衍射成像結(jié)構(gòu)剛由陰影區(qū)進(jìn)入日照區(qū)時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大熱變形，充氣直管上最大位移達(dá)到11.55 mm。結(jié)構(gòu)最大熱應(yīng)力為6.32 MPa，遠(yuǎn)小于聚酰亞胺薄膜材料的抗拉強(qiáng)度。

3)成像面中心處沒有出現(xiàn)較大的熱變形響應(yīng)，空間熱載荷對(duì)衍射主成像的影響較小。

本文的熱力耦合分析中假設(shè)充氣支撐結(jié)構(gòu)中內(nèi)壓保持恒定，這可以通過內(nèi)壓監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。后續(xù)工作可以考慮結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)變化引起的內(nèi)壓變化[14]，也可采用充氣剛化技術(shù)設(shè)計(jì)充氣薄膜成像的支撐結(jié)構(gòu)。