一文搞懂Thermal Desktop航天卫星轨道热分析

确保设备正常运行航天器中的各种电子设备、仪器仪表等对温度也有严格要求。例如计算机芯片在高温下可能会出现性能下降甚至损坏的情况，而一些光学仪器在温度变化较大时会出现精度偏差。热学分析能够为设备的布局和热防护提供依据，保证设备在合适的温度范围内工作，从而保障航天任务的顺利进行。

10月31日20时，2024航空航天设计仿真第七期线上报告会将邀请现担任某研究所副主任热控工程师，仿真秀优秀讲师Tsinglin老师做《载人航天热学分析应用与案例讲解》线上讲座，感兴趣的朋友可以提前报名，仿真秀官网与APP同步直播，且支持反复回看，详情见后文。

2024航空航天设计仿真（七）载人航天热学分析应用与案例讲解-仿真秀直播

一、Thermal Desktop卫星轨道热分析

前不久，笔者原创文章《Thermal Desktop-解决复杂工程热和流体流动问题的利器》向读者朋友介绍了一款基于集总参数热网络、有限差分(FD)、有限元(FEM)和离散经验公式的大型热、流体仿真分析软件——Thermal Desktop。它也是全球首款单界面全（1D&3D）热流体(单/两相)问题模拟分析软件。工程师可以应用Thermal Desktop开展器件级、板级、部件级、组件级以及任意规模的系统级热、流体仿真分析工作。

令人兴奋的事，已有一大批热设计工程师把我原创独家首发仿真秀的视频课程《零基础快速入门Thermal Desktop(SINDA/FLUINT)工程热流体仿真20讲》加入了学习计划。本文将以一颗简单卫星为例，演示利用Thermal Desktop进行卫星轨道热分析的全流程。

本文模型（上图）已经收录到仿真秀最全学习资料包，欢迎用户免费下载。您也可以分享本文到朋友圈，邀请好友点赞达到15个，我会在24小时内手动发您模型文件，供读者练习。后续我还会为课程学员持续加餐内容，如有不当，欢迎批评指正。

1、问题描述

卫星在轨运行期间，将会经历非常复杂的空间热环境。必须采取合理的热控手段，确保卫星能够持续稳定处于工作温度范围。对于空间产品，地面试验模拟局限性较大，难以真实预示在轨状态。工程师往往需要依赖可靠的热分析来指导热控设计。

这颗卫星将有两个辐射分析小组，一个用于盒子内部，一个用于盒子外部。盒子的五个下表面包覆多层隔热组件（MLI）。盒子面板之间的传导将被忽略。

其中，材料热物性如下：

表面光学属性如下：

2、具体操作步骤

（1）启动软件

步骤1：双击【thermal.dwg】文件启动AutoCAD软件

（2）创建材料热物性

步骤1：选择选项卡材料热物性图标，激活命令

步骤2：弹出材料热物性设置界面，如下图设置结构热物性

步骤3：同步骤2创建多层热物性如下图所示

步骤4：同步骤3创建蜂窝板热物性如下图所示，确认

（3）创建表面光学属性

步骤1：选择选项卡材料热物性图标，激活命令

步骤2：弹出材料热物性设置界面，如下图设置结构热物性

步骤3：同步骤2创建白漆和太阳帆板表面光学属性，如下图所示，点击确定退出

（4）创建辐射分析组

步骤1：菜单栏Thermal > Radiation Analysis Groups，激活辐射分析组编辑窗口

步骤2：如下图，创建internal辐射分析组

步骤3：同步骤2，创建external外部分析组，点击ok

（5）创建卫星FD模型

步骤1：如下图，从菜单栏启动box命令

步骤2：如下图，从菜单栏启动box命令

步骤3：弹出如下窗口，按图选择创建6个面，点击ok

步骤3：按照提示，依次输入（0，0，0），（2，0，0）和（0，0，1），按enter键，弹出壳体编辑面板，进行有限差分网格划分，如下图所示

步骤4：如下图所示，将壳体外表面放置到外部辐射分析组

步骤5：同步骤4，将壳体内表面放置到内部辐射分析组

步骤6：如下图，将top/out光学属性设置为MLI surface

步骤7：如下图，将壳体材料设置为structure

步骤8：如下图，将壳体外表面再附上一层多层材料

步骤9：选中上面板，点击右侧工具栏的编辑命令

步骤10：选中上面板，点击右侧工具栏的编辑命令，修改FD网格细分数量为5x5

步骤11：如下图，修改表面光学属性为白漆

步骤12：如下图，去掉多层包覆，点击ok确定

模型变为如下图所示

（6）创建芯片模型

步骤1：选项卡激活矩形平面命令

步骤2：按照提示，如下图，依次选择3个节点，创建芯片模型

步骤2：如下图，将芯片底部放置到internal辐射分析组

步骤3：如下图，将芯片材料设置为structure，点击ok确定

步骤4：选中芯片，右侧工具栏激活移动命令

步骤5：根据提示，芯片往下移动0.01m

步骤6：激活选项卡contactor命令，创建芯片到上面板之间的接触热导为5w/m2/K

步骤7：根据提示，先选择芯片，按enter键，再选择上面板，按enter键，弹出热链接编辑面板

显示接触如下图所示

步骤8：关闭接触显示

步骤9：选项卡激活面热源命令

步骤10：选项卡激活面热源命令，设置热耗为15W

（7）创建太阳帆板FD模型

步骤1：选项卡激活矩形平面命令

步骤2：按照提示，依次输入（1，0，2）、（1，2，2）、（1，2，5），弹出壳体编辑面板，设置FD网格如下图

步骤3：如下图设置双面壳体

步骤4：如下图设置辐射分析和表面属性

表面光学属性如下图

步骤5：如下图设置蜂窝材料属性和分离厚度为0.01m，确定

创建模型如下图所示

（8）创建追踪器

步骤1：选项卡激活追踪器命令

步骤2：选择太阳帆板下边中点，弹出追踪器设置面板如下图所示

步骤3：选中追踪器，如下图，旋转90°

旋转完如下图所示

步骤4：关联几何到追踪器，如下图，激活关联几何命令

步骤5：如下图，依次选择追踪器，再选择太阳帆板，按enter键

（9）创建轨道

步骤1：选项卡选择轨道设置图标，激活轨道设置面板

步骤2：如下图，新add一个基础轨道（圆轨道）

（10）观察航天器运动

步骤1：选项卡激活航天器观察命令

步骤2：如下图，勾选动画，确认

步骤3：弹出如下窗口，设置如下图所示，可以保存动画视频到目录文件夹

动画如下图所示

（11）检查辐射分析组对象

步骤1：激活辐射分析组检查命令

步骤2：如下图，检查外部辐射分析组

如下图所示，表示设置正确

步骤3：重复上述步骤，检查内部分析组，如下图所示

（12）运行计算

步骤1：如下图，打开case管理面板

步骤2：如下图，选中case0，点击edit，设置瞬态计算15000s

步骤3：如下图，设置辐射计算任务，内部热辐射

追踪器外部热辐射

外热流

最终辐射任务如下图所示，确定

步骤4：如下图，运行计算

计算完成，自动弹出云图

二、载人航天热学分析应用与案例讲解

为了帮助用户更好了理解和掌握Thermal Desktop-解决复杂工程热和流体流动问题仿真分析利器。10月31日20时，2024航空航天设计仿真第七期线上报告会将邀请现担任某研究所副主任热控工程师，仿真秀优秀讲师Tsinglin老师做《载人航天热学分析应用与案例讲解》线上讲座，感兴趣的朋友可以提前报名，仿真秀官网与APP同步直播，以下是直播安排：

2024航空航天设计仿真（七）载人航天热学分析应用与案例讲解-仿真秀直播

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