[实用新型]用于大型空间模拟器的超低温冷屏结构

说明书

技术领域

本实用新型属于航天器真空热试验领域，具体涉及一种用于航天器光学系统红外定标试验的冷屏结构。 

背景技术

大型空间环境模拟器可以用于航天器产品的定标试验，通过试验来验证航天器产品经受真空热环境的能力，检验其设计的合理性，暴露组件的元器件和材料以及工艺的缺陷。超低温冷屏结构是空间环境模拟器进行定标试验的重要设备，用于模拟太空的4K冷背景，同时具有抽气功能，使设备的负载真空度提高到5×10^-5Pa以上。 

在已往的冷屏结构设计中，氦制冷机与冷屏不接触，通过流动的氦气带走冷屏的热量，使冷屏温度达到20K。但由于氦气在冷屏中的流动换热，导致现有冷屏具有降温时间长、系统复杂的缺点。针对上述问题，有必要采用其他的换热方式增加冷屏的换热效果。 

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的技术方案选用GM制冷机对冷屏进行制冷，靠制冷机冷头与冷屏的传导达到冷环境。 

本发明的用于大型空间模拟器的超低温冷屏结构，包括若干台GM制冷机、与GM制冷机冷头传导制冷的冷屏、冷屏遮挡板、柔性补偿机构和铟片，其中，若干台GM制冷机通过安装法兰设置在真空容器上，安装法兰上方的柔性补偿机构支撑有制冷机机头，GM制冷机的一级冷头通过一级冷头法兰与冷屏遮挡板的上表面连接，二级冷头穿过冷屏遮挡板并通过二级冷头法兰与冷屏机械连接，二级冷头法兰与冷屏之间设置有铟片，冷屏遮挡板包括有两侧板，其纵截面呈梯形状以将冷屏和容器隔开，防止它们直接辐射换热。 

其中，柔性补偿机构包括中空的支撑座，支撑座固定在安装法兰上，支撑座内 部设置有波纹管组件，波纹管组件一端与安装法兰焊接，另一端与冷头连接的法兰螺纹连接，构成真空密封，在波纹管与支撑座之间设置供冷头在横向移动时与支撑座间成滚动摩擦的滚珠。 

其中，所述若干台GM制冷机为5台GM制冷机。其设置方式为，四台GM制冷机的中心形成正方形，另一台GM制冷机设置在正方形的中心上。优选地，中间一台GM制冷机的冷头固定安装，其余4台GM制冷机的冷头支撑在柔性补偿机构上。 

其中，冷屏为一个1m×1m的整板，其下表面为蜂窝结构的表面。 

本实用新型的用于大型空间模拟器的超低温冷屏结构的特点在于： 

1、首次采用5台GM制冷机提供冷源的制冷方式，使冷屏温度达到20K以下，比使用复杂的氦制冷系统成本低、可靠性高、简化操作、提高效率； 

2、在制冷机冷头和冷屏接触面设计安装铟片，利用铟片的良好塑性和低膨胀率解决冷屏和冷头间在材料冷缩至20K时的仍具有良好的导热性； 

3、柔性真空密封支撑结构成功解决冷屏冷缩时对制冷机冷头横向剪切力的补偿问题，使应用冷头直接与冷屏传导制冷的方案成为可能； 

冷屏表面采用蜂窝结构表面，获得了高于0.98的表面红外发射率。 

附图说明

图1是本实用新型的用于大型空间模拟器的超低温冷屏结构示意图； 

图2是本实用新型的用于大型空间模拟器的超低温冷屏结构中的柔性补偿机构简图。 

图中：1、GM制冷机冷头；2、安装法兰；3、一级冷头法兰；4、柔性补偿机构；5、二级冷头法兰；6、冷屏遮挡板；7、冷屏；8、铟片；9、真空容器；10、热沉；11、滚珠；12、波纹管组件；13、支撑座。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的用于大型空间模拟器的超低温冷屏结构作详细说明。 

图1是本实用新型的用于航天器光学系统红外定标试验用的超低温冷屏结构的示意图。其中，用于大型空间模拟器的超低温冷屏结构，包括若干台 GM制冷机、与GM制冷机冷头1传导制冷的冷屏7、冷屏遮挡板6、柔性补偿机构4和铟片8，其中，若干台GM制冷机通过安装法兰2设置在真空容器9上，安装法兰2上方的柔性补偿机构4支撑有GM制冷机机头1，GM制冷机的一级冷头通过一级冷头法兰3与冷屏遮挡板6的上表面连接，二级冷头穿过冷屏遮挡板并通过二级冷头法兰5与冷屏7机械连接，二级冷头法兰5与冷屏7之间设置有铟片8，冷屏遮挡板6包括有两侧板，其纵截面呈梯形状以将冷屏和容器隔开，防止它们直接辐射换热。