 |
تحلیل حرارتی فضاپیما
معرفی
این مدل نحوه محاسبه دمای ماهواره را در دوره های مداری متعدد با جفت کردن بارهای حرارتی مداری به انتقال حرارت در جامدات نشان می دهد. بارهای حرارتی مستقیم خورشیدی، آلبیدو و مادون قرمز زمین در یک مدار محاسبه می شوند و به طور دوره ای در مدارهای متعدد تکرار می شوند.
1U CubeSat در مداری دایره‌ای به ارتفاع 400 کیلومتر حول محور نادیر خود می‌چرخد. یک مدل هندسی از ماهواره، قاب، تخته، حسگر، ابزار داخلی و سلول های خورشیدی را در نظر می گیرد.
سلول‌های خورشیدی برای کاهش پیچیدگی هندسی به‌عنوان ضخامت صفر مدل‌سازی می‌شوند و از طریق یک شرط مرزی مدل‌سازی می‌شوند که ضخامت و خواص مواد را در نظر می‌گیرد. تبدیل نور فرودی به الکتریسیته از طریق یک بار حرارتی اضافی که جذب غیر حرارتی را به حساب می‌آورد، مدل‌سازی می‌شود.
ابزارهای درون ماهواره گرما تولید می کنند و یکی از ابزارها در بخشی از دوره کسوف به حالت قدرت بالاتر تغییر می کند. هدف از شبیه سازی پیش بینی دما در طول زمان است.
تعریف مدل
شکل 1: نمای بریده از هندسه ماهواره.
شکل 1 هندسه مورد استفاده برای مدل سازی ماهواره را نشان می دهد. یک قاب آلومینیومی دارای مدارهایی است که در طرفین و داخل آن نصب شده اند. تخته های بیرونی سلول های خورشیدی روی سطح دارند، اما این ها به صراحت در هندسه نشان داده نمی شوند. در عوض، آنها از طریق یک شرط مرزی مدل خواهند شد. برد داخل دارای ابزارهایی است که در دو طرف نصب شده اند و همچنین یک سنسور که از روی برد در بالا بیرون زده است. اگرچه هندسه در اینجا ساده شده است و شامل اجزای کمتری نسبت به یک ماهواره واقعی است، گردش کار مدل‌سازی کلی بدون توجه به پیچیدگی هندسه مشابه است.
این مدل از ترکیبی از رابط انتقال حرارت در جامدات استفاده می‌کند که دما را در ساختار جامد محاسبه می‌کند، و بارهای حرارتی مداری، که بارهای تابشی محیطی و تبادل حرارت بین سطوح را محاسبه می‌کند. بارهای محیطی بر اساس پارامترهای مداری و همچنین جهت گیری ماهواره محاسبه می شوند. این در مثال محاسبه مداری نشان داده شده است .
سه مجموعه از شرایط مرزی تشعشعی استفاده می شود. برای سطوح رو به بیرون ماهواره، تابش ها از طریق مدل دو باند خورشیدی و محیطی مشخص می شوند. سلول های خورشیدی دارای تابش در باند خورشیدی 0.99 و 0.95 در باند محیطی هستند. سلول‌های خورشیدی نور را به خوبی جذب می‌کنند، اما کسری از نور فرودی در باند خورشیدی را به جای گرما به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند، این امر از طریق یک شرط مرزی در رابط انتقال حرارت در جامدات محاسبه می‌شود. سطوح خارجی باقیمانده دارای تابش 0.2 در باند خورشیدی و 0.85 در محیط هستند. این نشان دهنده پوشش سطحی است که به خوبی در باند خورشیدی منعکس می شود و در باند محیطی به خوبی ساطع می شود تا ماهواره را تا حد ممکن خنک نگه دارد. برای تبادل حرارت تابشی در داخل ماهواره، گسیل ثابت 0.
دو ابزار نصب شده بر روی برد در داخل ماهواره به عنوان مس جامد مدل‌سازی می‌شوند که بار حرارتی به طور یکنواخت بر روی حجم توزیع می‌شود. ابزار کوچکتر 1 وات را به طور مداوم تلف می کند و بزرگتر 0.5 وات را تلف می کند، اما در حین کسوف به حالت توان بالاتر تغییر می کند و 5 وات را تلف می کند. حالت توان بالاتر 20 دقیقه پس از وارد شدن به کسوف شروع می شود و 15 دقیقه طول می کشد. تغییر اندازه از طریق رابط رویدادها کنترل می شود.
سلول‌های خورشیدی از طریق شرایط مرزی لایه نازک مدل‌سازی می‌شوند که انتقال حرارت را از طریق ضخامت و همچنین در طول سطح محاسبه می‌کند. برای محاسبه تبدیل نور به انرژی الکتریکی به جای انرژی حرارتی، یک بار گرمایی با مقدار منفی اعمال می شود که معادل کاهش بار گرمای محیطی جذب شده در نوار خورشیدی در آن سطوح است.
ابزارها و حسگرها بر روی برد داخلی نصب می‌شوند و این نصب از طریق یک مقاومت سطحی مشخص شده در شرایط مرزی تماس حرارتی تقریبی می‌شود. این یک جهش دما در سراسر مرز را معرفی می کند. در تمام مرزهای جفت گیری دیگر، میدان دما بین قطعات پیوسته است.
روش حل شامل دو مرحله مطالعه است. در مرحله اول، بارهای محیطی بر روی یک مدار محاسبه می شود، زیرا فرض می شود که این بارها در چندین مدار تغییر قابل توجهی نخواهند کرد. در مرحله دوم، بارها به صورت دوره ای در چهار مدار تکرار می شوند.
نتایج و بحث
شکل 2 دمای ماهواره را پس از 4 دوره مداری نشان می دهد.
شکل 2: میدان دما روی سنسور، ابزار و برد داخلی.
شکل 3 تکامل حداکثر و حداقل دما را در طول زمان نشان می دهد. نشان می دهد که چندین مدار طول می کشد تا محلول دوره ای شود.
شکل 3: حداکثر و حداقل دما در مرزهای ماهواره در طول زمان. خط قرمز زمان قرار گرفتن ماهواره در معرض خورشید را نشان می دهد.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_انتقال_حرارت/بارهای_حرارتی_اوربیتال/آنالیز_ترمال_سفینه فضایی
دستورالعمل مدل
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، انتقال حرارت > تابش> انتقال حرارت با بارهای حرارتی مداری را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت مطالعه انتخاب ، مطالعات از پیش تعیین شده برای واسط های فیزیک انتخاب شده > بارهای حرارتی مداری > دمای مداری را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
بهره وری | 0.3 | 0.3 | بازده سلول خورشیدی |
هندسه 1
بلوک 1 (blk1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Geometry 1 را گسترش دهید . |
2 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Block را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Width ، 10[cm] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت Depth text، 10[cm] را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن ارتفاع ، 10[cm] را تایپ کنید . |
7 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
بلوک 2 (blk2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 9[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text، 9[cm] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 9[cm] را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی blk1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی blk2 را انتخاب کنید. |
بلوک 3 (blk3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 9[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text، 9[cm] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 5[mm] را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن z ، 4.75[cm] را تایپ کنید . |
آینه 1 (mir1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Mirror را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی blk3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Mirror ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
چرخش 1 (rot1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Rotate را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء blk3 و mir1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Rotation را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، محور y را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Angle text عدد 90 را تایپ کنید . |
چرخش 2 (rot2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Rotate را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء rot1(1) و rot1(2) را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Rotation را پیدا کنید . در قسمت Angle text عدد 90 را تایپ کنید . |
تفاوت 2 (dif2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی dif1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط اشیاء blk3 ، mir1 ، rot1(1) ، rot1(2) ، rot2(1) و rot2(2) را انتخاب کنید. |
6 | تیک Keep objects to subtract را انتخاب کنید . |
بلوک 4 (بلک4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 9[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text، 9[cm] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 5[mm] را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
بلوک 5 (بلک5)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 3[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text، 6[cm] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 2[cm] را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -3[cm] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -3.5[cm] را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، -2.25[cm] را تایپ کنید . |
بلوک 6 (بلک6)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 1.5[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text 2[cm] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.75[cm] را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 2.5[cm] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -4[cm] را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، 0.25[cm] را تایپ کنید . |
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت نوشتاری Radius ، 2[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 6.5[cm] را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 2.5[mm] را تایپ کنید . |
تفاوت 3 (dif3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی blk3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی cyl1 را انتخاب کنید. |
6 | تیک Keep objects to subtract را انتخاب کنید . |
سیلندر 2 (cyl2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت نوشتاری Radius ، 1.8[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 6.5[cm] را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 2[cm] را تایپ کنید . |
تفاوت 4 (dif4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی cyl1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی cyl2 را انتخاب کنید. |
فرم اتحادیه (فین)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
اکنون که هندسه ایجاد شده است، انتخاب هایی را برای استفاده مجدد برای انتخاب مواد و ویژگی ها تعریف کنید.
تعاریف
انتخابی متشکل از تمام مرزهای بیرونی همه دامنه ها را تعریف کنید. تشعشعات همه این چهره ها در نظر گرفته خواهد شد.
تمام مرزهای تابشی
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی Definitions کلیک راست کرده و Selections>Explicit را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، همه مرزهای تابشی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . تیک همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از لیست موجودیت های خروجی ، مرزهای مجاور را انتخاب کنید . |
انتخابی متشکل از تمام مرزهایی که با فضای خالی بیرونی روبرو هستند را تعریف کنید. اینها مرزهایی هستند که می توانند در معرض بارهای محیطی قرار گیرند.
مرزهای رو به فضا
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 0 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Output Entities را پیدا کنید . |
7 | از لیست موجودیت های خروجی ، مرزهای مجاور را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت نوشتار Label ، Space-Facing Boundaries را تایپ کنید . |
سلول های خورشیدی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Solar Cells را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 5 12 39 83 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
اپراتورها را برای ارزیابی حداکثر و حداقل دما روی مدل اضافه کنید.
حداکثر در همه دامنه ها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و حداکثر را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حداکثر ، حداکثر در همه دامنه‌ها را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
حداقل در همه دامنه ها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و حداقل را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حداقل ، در قسمت نوشتار برچسب ، حداقل در همه دامنه ها را تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Aluminium را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در درخت، Built-in>FR4 (Circuit Board) را انتخاب کنید . |
8 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
9 | در درخت، Built-in>Silicon را انتخاب کنید . |
10 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
11 | در درخت، Built-in>Titanium beta-21S را انتخاب کنید . |
12 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مواد
مس (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Copper (mat2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 8 10 را در قسمت متن Selection تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
FR4 (برد مدار) (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی FR4 (Circuit Board) (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 2-7، 11 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
سیلیکون (mat4)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Silicon (mat4) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، سلول های خورشیدی را انتخاب کنید . |
تیتانیوم بتا-21S (mat5)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Titanium beta-21S (mat5) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 9 را در قسمت انتخاب متن تایپ کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
ابزار بزرگتر 0.5 وات اتلاف می کند، اما در طول کسوف به مدت 15 دقیقه به حالت توان بالاتر تغییر می کند و 5 وات را تلف می کند.
انتقال حرارت در جامدات (HT)
منبع حرارت 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک راست کرده و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، عدد 8 را در قسمت انتخاب متن تایپ کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
HS1 یک نشانگر است که توسط رابط رویدادها کنترل می شود. 20 دقیقه پس از ورود به کسوف فعال می شود و 15 دقیقه طول می کشد.
6 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش منبع گرما را پیدا کنید . |
7 | از لیست منبع گرما ، نرخ گرما را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت نوشتاری P 0 ، 0.5[W]+4.5[W]*HS1 را تایپ کنید . |
یک منبع گرما را به ابزار کوچکتر اضافه کنید که 1 وات را به طور مداوم دفع می کند.
منبع حرارت 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 10 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش منبع گرما را پیدا کنید . |
4 | از لیست منبع گرما ، نرخ گرما را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی P 0 ، 1 را تایپ کنید . |
سلول‌های خورشیدی از طریق شرایط مرزی لایه نازک، از نوع General، مدل‌سازی می‌شوند که انتقال گرما را از طریق ضخامت و همچنین در طول سطح انجام می‌دهد.
لایه نازک 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و لایه نازک را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه نازک ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، سلول های خورشیدی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Layer Model را پیدا کنید . از لیست نوع لایه ، General را انتخاب کنید . |
مواد
سیلیکون (mat4)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Materials>Silicon (mat4) را گسترش دهید ، سپس روی Silicon (mat4) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضخامت | lth | 0.5[mm] | متر | پوسته |
4 | قسمت Orientation and Position را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت پایین در مرز را انتخاب کنید . |
ابزارها و حسگرها بر روی برد داخلی نصب می‌شوند و این نصب از طریق یک مقاومت سطحی مشخص شده در شرایط مرزی تماس حرارتی تقریبی می‌شود. این یک جهش دما در سراسر مرز را معرفی می کند.
انتقال حرارت در جامدات (HT)
تماس حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thermal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 43، 47 و 67 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس حرارتی ، بخش تماس حرارتی را پیدا کنید . |
4 | از لیست مدل تماس ، لایه مقاومتی نازک معادل را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن R eq ، 0.01 را تایپ کنید . |
برای در نظر گرفتن تبدیل نور به انرژی الکتریکی به جای انرژی حرارتی. اتلاف انرژی مربوطه با استفاده از شرایط شار حرارتی در مرزهای سلول‌های خورشیدی مدل‌سازی می‌شود.
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، سلول های خورشیدی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . در قسمت متن q 0 ، -otl.Grad_band1*Efficiency را تایپ کنید . |
بارهای حرارتی مداری (OTL)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش 1 (comp1) روی بارهای حرارتی مداری (OTL) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات بارهای حرارتی مداری ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزهای تابشی را انتخاب کنید . |
خواص خورشید 1
به طور پیش فرض، بردار خورشید و شار خورشیدی مطابق با انقلاب زمستانی تنظیم شده است.
خواص سیاره 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Planet Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های سیاره ، قسمت ویژگی های سیاره را پیدا کنید . |
3 | زیربخش موقعیت اولیه سیاره را پیدا کنید . از لیست زمان شروع سیاره ، طول جغرافیایی در نقطه زیر فضاپیما را انتخاب کنید . |
از ویژگی های زمین برای تعریف سیاره استفاده می شود.
4 | قسمت Radiative Properties را پیدا کنید . از لیست Albedo ، توزیع تعریف شده توسط کاربر را انتخاب کنید . |
نسبت تشعشعات خورشیدی تابیده شده به زمین که به طور پراکنده به سمت ماهواره یا آلبدو منعکس می شود، در همه جای سیاره 0.3 تنظیم شده است.
5 | در قسمت متن α 0، λ ، 0.3 را تایپ کنید . |
زمین در مقایسه با فضای عمیق پس‌زمینه نسبتاً گرم است و به‌عنوان یک ساطع‌کننده توزیع‌شده با شار یکنواخت 225 W/m^2 مدل‌سازی می‌شود.
6 | از فهرست شار مادون قرمز Planet ، User defined برای هر باند را انتخاب کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
باند طیفی | شار مادون قرمز سیاره (W/M^2) |
محیط: [2.5[um]، +infinity[ | 225 |
پارامترهای مداری 1
یک مدار دایره ای در ارتفاع 400 کیلومتری، شیب 50 درجه و زمان محلی در گره صعودی 15 ساعت تعیین می شود.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Orbital Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترهای مداری ، بخش پارامترهای مداری را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع مدار ، دایره ای را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار R ، otl.R_planet+400[km] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن i ، 50[deg] را تایپ کنید . |
6 | از لیست گره صعودی ، زمان محلی در گره صعودی را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن t Ω ، 15[h] را تایپ کنید . |
جهت سفینه فضایی 1
جهت گیری ماهواره به گونه ای است که جهت اولیه به سمت زمین است. ماهواره به آرامی حول محور اصلی خود می چرخد، بنابراین محور ثانویه می تواند هر برداری باشد که موازی با نادر نباشد. در این مورد از تنظیم پیش فرض، جهت +X مربوط به جهت حرکت استفاده می شود.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Spacecraft Orientation 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهت‌گیری فضاپیما ، بخش جهت‌گیری فضاپیما را پیدا کنید . |
3 | زیربخش چرخش ها را پیدا کنید . از فهرست چرخش در مورد محور اصلی ، Angular rate را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن ω ، 2*360[deg]/otl.T_orbit را تایپ کنید . |
ایجاد رابط رویدادها 1
به منظور کنترل عبور فضاپیما از کسوف، یک رابط رویدادها ضروری است و همیشه باید هنگام استفاده از فیزیک بارهای حرارتی مداری اضافه شود.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Generate Events Interface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ایجاد رابط رویدادها ، بخش Generate Events Interface را پیدا کنید . |
3 | روی ایجاد جدید کلیک کنید . |
سطح پراکنده، داخل
حال، خواص تشعشعی مرزهای مختلف را تعریف کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Orbital Thermal Loads (otl) روی Diffuse Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Diffuse Surface ، عبارت Diffuse Surface، Inside را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت Surface Emissivity را پیدا کنید . از لیست ε ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.8 را تایپ کنید . |
سطح پراکنده، خارج
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Diffuse Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح پراکنده ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Space-facing Boundaries را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Label ، عبارت Diffuse Surface، Outside را تایپ کنید . |
5 | قسمت Surface Emissivity را پیدا کنید . از لیست ε ، User defined برای هر باند را انتخاب کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
باند طیفی | انتشار (1) |
خورشیدی: [0, 2.5[one][ | 0.2 |
محیط: [2.5[um]، +infinity[ | 0.85 |
سطح پراکنده، سلول های خورشیدی
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Diffuse Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح پراکنده ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، سلول های خورشیدی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Label ، عبارت Diffuse Surface, Solar Cell را تایپ کنید . |
5 | قسمت Surface Emissivity را پیدا کنید . از لیست ε ، User defined برای هر باند را انتخاب کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
باند طیفی | انتشار (1) |
خورشیدی: [0, 2.5[one][ | 0.99 |
محیط: [2.5[um]، +infinity[ | 0.95 |
ویژگی های زیر باید برای کنترل تغییر اندازه منبع گرما در ابزار بزرگتر هنگام ورود به ماه گرفتگی اضافه شود.
رویدادهای 1 (EV)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Events 1 (ev) کلیک کنید .
ابزار 1، متغیر حالت
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  جهانی کلیک کنید و وضعیت های گسسته را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حالت های گسسته ، ابزار 1، متغیر حالت را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | بخش وضعیت های گسسته را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | مقدار اولیه (U0) | شرح |
HS1 | 0 | نشانگر منبع حرارت |
ابزار 1، روشن کنید
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  جهانی کلیک کنید و Explicit Event را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای رویداد صریح ، ابزار 1 را تایپ کنید ، در قسمت نوشتار برچسب ، روشن کنید . |
3 | بخش زمان بندی رویداد را پیدا کنید . در قسمت متن t i ، otl.t_inEclipse+20[min] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن T ، otl.T_eclipse را تایپ کنید . |
5 | قسمت Reinitialization را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
متغیر | اصطلاح |
HS1 | 1 |
ابزار 1، خاموش کنید
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  جهانی کلیک کنید و Explicit Event را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای رویداد صریح ، ابزار 1 را تایپ کنید ، در قسمت نوشتار برچسب خاموش کنید . |
3 | بخش زمان بندی رویداد را پیدا کنید . در قسمت متن t i ، otl.t_inEclipse+20[min]+15[min] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن T ، otl.T_eclipse را تایپ کنید . |
5 | قسمت Reinitialization را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
متغیر | اصطلاح |
HS1 | 0 |
روش حل شامل دو مرحله مطالعه است. در مرحله اول، بارهای محیطی بر روی یک مدار محاسبه می شود، زیرا فرض می شود که این بارها در چندین مدار تغییر قابل توجهی نخواهند کرد. در مرحله دوم، بارها به صورت دوره ای در چهار مدار تکرار می شوند.
مطالعه 1
مرحله 1: بارهای حرارتی مدار
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Orbit Thermal Loads کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بارهای حرارتی مدار ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Output Orbit Times ، range(0,0.02,1) را تایپ کنید . |
مرحله 2: دمای مداری
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 2: Orbital Temperature کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای دمای مداری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Output Orbit Times ، range(0,0.02,4) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
دما (ht) 1
در پنجره Model Builder ، گره Temperature (ht) 1 را گسترش دهید .
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Temperature (ht) 1> Surface 1 را گسترش دهید، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 5 8 9 10 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
سرفیس 2، سرفیس 3، سرفیس 4، سرفیس 5
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Temperature (ht) 1 ، روی Ctrl کلیک کنید تا Surface 2 ، Surface 3 ، Surface 4 و Surface 5 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Temperature (ht) 1 کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 2 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 1، 4، 6، 7، 11 را در فیلد متن Selection تایپ کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
ظاهر مواد 1
در پنجره Model Builder ، روی Surface 2 کلیک راست کرده و Material Appearance را انتخاب کنید .
دما (ht) 1
1 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
2 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
3 | در نوار ابزار دما (ht) 1 ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 | در پنجره Model Builder ، روی Temperature (ht) 1 کلیک کنید . |
5 |  روی Plot کلیک کنید . |
در نهایت، تکامل حداقل و حداکثر دمای ماهواره را در طول زمان ترسیم کنید.
حداکثر و حداقل دما در طول زمان
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Maximum And Minimum Temperature Over Time را تایپ کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . چک باکس Two y-axes را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت راست میانی را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
8 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Temperature (degC) را تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی Maximum And Minimum Temperature Over Time کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
maxop1 (T) | tenC | حداکثر دما |
minop1 (T) | tenC | حداقل دما |
جهانی 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Maximum And Minimum Temperature Over Time کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
otl.is Illuminated | 1 | نورانی شده است |
4 | بخش y-Axis را پیدا کنید . کادر Plot on secondary y-axis را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
حداکثر و حداقل دما در طول زمان
1 | در پنجره Model Builder ، روی Maximum And Minimum Temperature Over Time کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Maximum And Minimum Temperature Over Time ، روی  Plot کلیک کنید . |
