[发明专利]一种高变温速率的高低温空间环境模拟容器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种高低温环境模拟系统，具体是一种舱内为非高真空环境且具有高变温速率和高温度均匀性特征的高低温空间环境模拟绝热容器。

技术背景

空间环境模拟系统是检验航天设备及其组件在空间环境下或者极端恶劣条件下安全性和可靠性的重要系统。以月球为例，由于其表面几乎没有大气层和大气活动，昼夜温差很大，且任一位置昼夜交替瞬间发生，升降温速率极大。通过地面的空间环境模拟系统，在设备离开地球之前，模拟和验证设备在极端高低温环境中静态和大速率动态温变条件下的可靠安全性是十分必要的。目前的热环境空间模拟系统基本上都采用高真空条件下低温热沉或电加热热屏来实现内部被测样品的降温或升温，其温度变化过程缓慢，特别是在接近目标温度时由于冷源/热源同样品间的温差很小，达到热平衡往往需要十几小时甚至更长时间。例如美国大型空间环境模拟实验室SESL，空载极限真空度1.3×10^-3Pa，热沉温度100~400K可调；我国的KM6大型空间环境试验设备，极限真空度4.5×10^-6Pa，热沉温度低于100K.上述设备均采用热真空罐的形式，模拟空间热真空环境。

经过对现有技术的检索发现，授权公号为20101062400.7所述的一种小型月球环境综合模拟系统，在模拟月球环境时，使用机械泵使试验舱内真空度达到10^-2Pa,再用分子泵，使真空度达到10^-4Pa，利用辐射传热模拟月球高低温环境。其试验舱为高真空环境，与外太空相似，仅通过辐射传热，其缺点是无法满足大升降温速率的要求，且最低工作温度不够低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种氦气氛高低温空间环境模拟试验舱，在试验舱内充注一定压力的氦气，通过辐射传热和自然对流甚至强迫对流等换热方式，实现试验舱内更高的降温速率和温度均匀性要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高变温速率的高低温空间环境模拟容器，其特点在于，该容器包括：主舱体、舱门、设置于该主舱体内的热沉，连接主舱体和舱门的门封结构；

所述的主舱体包括：主舱体外筒体、主舱体内筒体、主舱体液氮冷屏和主舱体多层绝热材料，所述的主舱体外筒体和主舱体内筒体构成主框架，同轴嵌套布置并用第一环氧棒支撑间隔，主舱体外筒体和主舱体内筒体相互之间形成高真空密封夹层，所述的主舱体液氮冷屏设置于该高真空密封夹层内，所述的主舱体多层绝热材料设置在主舱体外筒体和液氮冷屏之间；

在所述的主舱体上分别设有主舱体夹层抽空通道、主舱体内腔抽空通道、弱电电缆通道、冷屏液氮通道、热沉液氮入口通道、热沉气氮出口通道、低温氦气出入通道、强电电缆通道；

所述的主舱体夹层抽空通道、舱门夹层抽空通道、主舱体内腔抽空通道、冷屏液氮通道、热沉液氮入口通道、热沉气氮出口通道和低温氦气出入通道均采用杜瓦管绝热结构，有效减少环境通过通道向容器内部的漏热。

所述的主舱体内腔抽空通道一端与容器工作腔体连通，另一端安装电气动真空闸板阀，在容器抽真空过程中打开，当真空度达到要求后关闭。

所述的主舱体底部设置底座，固定连接于地面的建筑基础。

所述的舱门包括：舱门外封头、舱门内封头、舱门液氮冷屏和舱门多层绝热材料，所述的舱门外封头和舱门内封头互相之间构成密封夹层，互相以第二环氧棒支撑间隔，所述的舱门液氮冷屏设置在该密封夹层中，所述的舱门多层绝热材料设置在舱门外封头和舱门液氮冷屏之间；

所述的舱门安装在活动导轨上，可沿轨道水平移动，实现绝热容器的开舱和关舱。在关舱状态通过所述的门封结构实现密封。

在所述的舱门上设有舱门夹层抽空通道。

所述的门封结构包括：薄壁波纹管、玻璃钢支撑、液氮盘管和密封法兰，采用对半配合结构。其中，在靠近法兰端波纹管约1/4处焊接液氮盘管到波纹管上，当容器内部工作温度低于液氮温度时，为减少斯特林制冷机的冷量消耗，通过液氮盘管内的液氮冷却方式承担绝大部分由门封结构导入的外界漏热。为防止结露结霜现象的发生，在处于室温下的所述密封法兰上设置电加热带，在冷工况工作时开启电加热带进行热量补偿。

所述的液氮冷屏包括：容器主舱体和舱门内都设有液氮冷屏，冷屏实际为通径20mm的不锈钢盘管，内侧焊接厚度为1mm的不锈钢板圆筒。

所述的热沉为不锈钢管网和铜翅片结合的鱼骨式结构，由液氮管路和低温氦气管路间隔组成，各自形成独立的通道，热沉外部壁面布置电加热带，并在热沉内表面喷涂特种黑漆。