一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法技术

本发明专利技术涉及近地空间飞行器热分析技术领域，具体地说，涉及一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法，包括以下步骤：(1)构建地球反照热流双重积分一般表达式；(2)构建飞行器表面平行于地球球心截面、太阳辐射垂直飞行器表面的地球反照热流一般表达式；(3)构建地球反照热流解析表达式；(4)计算地球反照热流密度精确值和数值积分值；(5)误差分析与数值网格划分数选择。本发明专利技术将为近地空间飞行器热分析领域在地球反照热流密度数值计算精度评估中提供计算方法。中提供计算方法。中提供计算方法。

An analytical method for reflecting earth heat flux by near earth space vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法


[0001]本专利技术涉及近地空间飞行器热分析
，具体地说，涉及一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法。

技术介绍

[0002]计算近地空间环境热流是飞行器热力分析的重要前提，而地球反照热流是空间环境热流的重要组成，目前均采用数值积分、Monte
‑
Carlo等数值分析方法计算。为了更精确地进行热力分析，所采用数值计算方法的精度成为关键。解析法可得到各种数理分析的精确值，为数值分析方法提供精度验证依据。在相关文献中发现，现有技术方法并没有利用解析法数据对数值分析精确度进行验证。

技术实现思路

[0003]本专利技术的内容是提供一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0004]根据本专利技术的一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法，其包括以下步骤：
[0005](1)构建地球反照热流双重积分一般表达式；
[0006]将地球视为漫反射规则灰球体，其表面按经纬线的方式近似划分为一系列的平面面元，用Γ
v
表示对近地空间目标可视的地球球冠，Γ
L
表示被太阳照射的区域，则Γ
v
∩Γ
L
是地球反照辐射的区域；dA1是地球表面上的一个微面元，U是dA1的几何中心，是dA1的外向单位法矢量，则飞行器某表面平面dA
t
上的地球反照热流密度E
SE
可表示为：
[0007][0008]式中，E
S
表示“太阳常数”，ρ
E
表示地球反照率，O
′
是dA
t
的几何中心，φ
SE
是与太阳辐射向量相反方向向量之间的夹角，β
SE
是与之间的夹角，γ
SE
是dA
t
法向量与之间的夹角；
[0009](2)构建飞行器表面平行于地球球心截面、太阳辐射垂直飞行器表面的地球反照热流一般表达式；
[0010]对于dA
t
平行于地球球心截面，太阳辐射向量垂直于dA
t
的情形，给出Γ
v
对dA
t
的照度表达式为：
[0011][0012]式中忽略dA
t
在地球上投影的影响；
[0013](3)构建地球反照热流解析表达式；
[0014]根据与地球半径R
E
之间的关系，将照度表达式改写为：
[0015][0016]因为：
[0017][0018]式中为dA1在地心直角坐标系投影的方位角；
[0019]作以下推导：
[0020][0021]式中O表示地球球心，H表示O与O
′
之间的距离；
[0022]将写为l
UO
′
，则：
[0023][0024]cosβ
SE
可表示为：
[0025][0026]又因为：
[0027][0028]则E
SE
可作下列推导：
[0029][0030]令ζ＝cosφ
SE
，则：
[0031][0032]令R
E
H＝a，R
E2
+H2＝b，则上式变为：
[0033][0034]令则：
[0035][0036][0037][0038](4)计算地球反照热流密度精确值和数值积分值；
[0039](5)误差分析与数值网格划分数选择。
[0040]作为优选，步骤(4)中，地球反照热流密度精确值的计算方法为：
[0041]设定H值，将E
S
、ρ
E
、R
E
代入地球反照热流解析表达式，即可计算H值高度下的地球反照热流密度精确值E
SE
‑
A
。
[0042]作为优选，步骤(4)中，数值积分值的计算方法为：
[0043]将积分式中的积分区域Γ
v
∩Γ
L
以类似地球经纬线的方式进行网格划分，其中经向m份、纬向n份，共得到m
×
n份，则数值积分值E
SE
‑
B
为：
[0044][0045]式中下标i表示第i个dA1以及其相关量；当m
×
n值越大，积分区域Γ
v
∩Γ
L
划分越密，数值积分值E
SE
‑
B
精度越高。
[0046]作为优选，步骤(5)中，地球反照热流密度精确值E
SE
‑
A
与数值积分值E
SE
‑
B
间的相对误差RE
SE
为：
[0047][0048]当RE
SE
越接近于1，数值积分精度越高；根据相对误差要求，选择网格划分值m
×
n。
[0049]本专利技术基于地球反照热流一般计算表达式，考虑飞行器表面与地球、太阳辐射方位之间的特殊关系，对一般计算表达式进行简化，而后利用几何关系与积分原理，严格推导出地球反照热流解析表达式。本专利技术将为近地空间飞行器热分析领域在地球反照热流密度数值计算精度评估中提供计算方法。
[0050]本专利技术具体是将地球视为漫反射规则灰球体，飞行器表面平行于球心截面，太阳辐射垂直飞行器表面，建立地球反照热流密度解析表达式，进而精确分析飞行器表面地球反照热流密度，此方法可广泛应用于近地空间环境分析、飞行器热力分析等领域，分析地球反照热流密度数值方法的精度。
附图说明
[0051]图1为实施例1中一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法构建技术流程图；
[0052]图2为实施例1中地球视为漫反射规则灰球体的示意图；
[0053]图3为实施例1中构建地球反照热流双重积分一般表达式示意图；
[0054]图4为实施例1中构建地球反照热流解析表达式示意图。
具体实施方式
[0055]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本专利技术进行解释而并非限定。
[0056]实施例1
[0057]如图1所示，本实施例提供了一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法，其包括以下步骤：
[0058](1)构建地球反照热流双重积分一般表达式；
[0059]如图2所示，将地球视为漫反射规则灰球体，其表面按经纬线的方式近似划分为一系列的平面面元，用Γ
v
表示对近地空间目标可视的地球球冠，Γ
L
表示被太阳照射的区域，则Γ
v
∩Γ
L
是地球反照辐射的区域；如图3所示，dA1是地球表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近地空间飞行器反照地球热流的解析方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)构建地球反照热流双重积分一般表达式；将地球视为漫反射规则灰球体，其表面按经纬线的方式近似划分为一系列的平面面元，用Γ
v
表示对近地空间目标可视的地球球冠，Γ
L
表示被太阳照射的区域，则Γ
v
∩Γ
L
是地球反照辐射的区域；dA1是地球表面上的一个微面元，U是dA1的几何中心，是dA1的外向单位法矢量，则飞行器某表面平面dA
t
上的地球反照热流密度E
SE
可表示为：式中，E
S
表示“太阳常数”，ρ
E
表示地球反照率，O
′
是dA
t
的几何中心，φ
SE
是与太阳辐射向量相反方向向量之间的夹角，β
SE
是与之间的夹角，γ
SE
是dA
t
法向量与之间的夹角；(2)构建飞行器表面平行于地球球心截面、太阳辐射垂直飞行器表面的地球反照热流一般表达式；对于dA
t
平行于地球球心截面，太阳辐射向量垂直于dA
t
的情形，给出Γ
v
对dA
t
的照度表达式为：式中忽略dA
t
在地球上投影的影响；(3)构建地球反照热流解析表达式；根据与地球半径R
E
之间的关系，将照度表达式改写为：因为：式中为dA1在地心直角坐标系投影的方位角；作以下推导：式中O表示地球球心，H表示O与O
′
之间的距离；
将写为l
UO
′
，则：cosβ
SE
可表示为：又因为：则E
SE

【专利技术属性】
技术研发人员：张骏，
申请(专利权)人：苏州卡创信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：