本發(fā)明屬于熱設(shè)計優(yōu)化，具體涉及一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、星載光鐘是空間量子科學(xué)保證高準(zhǔn)確度時間頻率基準(zhǔn)的關(guān)鍵載荷，而光鐘的頻率穩(wěn)定性需要超穩(wěn)激光器降低外部熱噪聲，通常以一個超穩(wěn)激光腔來提高熱屏蔽效果，為超穩(wěn)激光提供穩(wěn)定可靠的溫度環(huán)境。同時，星上的資源非常有限，統(tǒng)計資料顯示，熱控系統(tǒng)的質(zhì)量占衛(wèi)星總質(zhì)量的3%~5%，因此在進(jìn)行熱設(shè)計時還需要在保證熱屏蔽效果的同時進(jìn)行減重設(shè)計。

2、從熱學(xué)角度而言，熱容越大則溫度變化越慢，熱屏蔽效果越好。然而，大熱容需要增加材料質(zhì)量，因此，熱屏蔽效果與減重兩個目標(biāo)是相互沖突的。目前的熱設(shè)計優(yōu)化方法依賴熱設(shè)計工程師的經(jīng)驗，無法高效迭代計算方案，且很難在兩個相互沖突的設(shè)計目標(biāo)下得到權(quán)衡的最優(yōu)解，從而會造成熱屏蔽效果不佳，或者時間和重量成本過高的代價。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，通過確定熱時間常數(shù)計算方法，以熱時間常數(shù)和重量為目標(biāo)函數(shù)，利用pareto前沿獲取多目標(biāo)最優(yōu)解，高效獲得兼顧熱屏蔽效果與減重效果的熱設(shè)計解決方案。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，所述方法包括：

4、步驟s1、確定多層熱屏蔽腔體的初始結(jié)構(gòu)；

5、步驟s2、對所述多層熱屏蔽腔體的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱學(xué)分析，計算硅晶體的熱時間常數(shù)；

6、步驟s3、依據(jù)所述多層熱屏蔽腔體的初始結(jié)構(gòu)對腔體進(jìn)行重量計算，得到腔體總重量；

7、步驟s4、基于熱時間常數(shù)和腔體總重量進(jìn)行多目標(biāo)pareto尋優(yōu)，得到pareto前沿曲線；

8、步驟s5、分析pareto前沿曲線，尋找兼顧熱屏蔽效果和減重效果的最優(yōu)熱設(shè)計方案。

9、第二方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括：一個或多個處理器；存儲器，用于存儲一個或多個程序；其中，當(dāng)一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，使得所述一個或多個處理器實現(xiàn)前述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法。

10、第三方面，本發(fā)明提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有可執(zhí)行指令，該指令被處理器執(zhí)行時能夠使處理器實現(xiàn)前述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法。

11、本發(fā)明的有益效果在于：

12、本發(fā)明通過拉普拉斯變換計算熱時間常數(shù)和總重量，結(jié)合pareto前沿，形成了一套高效設(shè)計多層熱屏蔽腔體的最優(yōu)熱學(xué)結(jié)構(gòu)方案的方法。通過熱學(xué)分析得到等效熱導(dǎo)率，利用matlab進(jìn)行拉普拉斯變換計算熱時間常數(shù)，以迅速迭代熱設(shè)計方案；通過pareto前沿分析，最終在保證良好的熱屏蔽效果的前提下，獲得了降低重量和時間成本的熱設(shè)計方案。

技術(shù)特征：

1.一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟s1中多層熱屏蔽腔體的初始結(jié)構(gòu)包括由外到內(nèi)順序布置的真空層、外溫控層、內(nèi)溫控層、屏蔽層和支撐框架；硅晶體通過支撐桿被支撐框架包圍，層間支撐分別位于外溫控層與內(nèi)溫控層之間、內(nèi)溫控層與屏蔽層之間、屏蔽層與支撐框架之間，真空層與外溫控層之間采用環(huán)氧玻璃鋼杯狀支撐來支撐。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟s1中確定多層熱屏蔽腔體的初始結(jié)構(gòu)包括確定外溫控層、內(nèi)溫控層、屏蔽層和支撐框架的第一結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述第一結(jié)構(gòu)參數(shù)包括底面積、高度、厚度、材料導(dǎo)熱系數(shù)、密度、比熱容屬性、表面輻射屬性的至少一項；確定支撐桿、層間支撐、環(huán)氧玻璃鋼杯狀支撐的第二結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述第二結(jié)構(gòu)參數(shù)包括長度、接觸面積、厚度的至少一項。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，其特征在于，所述支撐桿為聚酰亞胺隔熱柱；所述層間支撐采用聚酰亞胺螺釘套筒隔熱結(jié)構(gòu)，包括兩個聚酰亞胺絕緣墊和一個螺釘，兩個連接面通過螺釘連接，接觸面通過聚酰亞胺絕緣墊隔熱。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟s2包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟s3包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟s4包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟s5包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于激光腔的兼顧熱屏蔽與減重效果的熱設(shè)計方法，涉及熱設(shè)計優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括：S1、確定多層嵌套的熱屏蔽激光腔體的初始結(jié)構(gòu)；S2、對腔體結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱學(xué)分析，得到所有熱設(shè)計參數(shù)，并計算硅晶體的熱時間常數(shù)；S3、依據(jù)初始結(jié)構(gòu)對腔體進(jìn)行重量計算；S4、以時間常數(shù)評估熱屏蔽效果，以重量評估減重效果，對熱設(shè)計參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)Pareto尋優(yōu)；S5、將兩個效果經(jīng)過權(quán)衡后，得到最優(yōu)熱設(shè)計方法。本發(fā)明提高了激光腔的熱設(shè)計效率，改善了熱屏蔽效果，并節(jié)約了重量成本。

技術(shù)研發(fā)人員：楊寶玉,李玉涵,繆源,章飚,單成棟,劉雪瑞,姚月兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8