[发明专利]一种具有较高温度分布均匀性的铝制立式热沉装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有较高温度分布均匀性的铝制立式热沉装置，它应用于微小卫星空间环境模拟试验，属于航天技术领域。

背景技术

航天器长期工作在复杂的空间环境中，太阳辐照、真空冷黑和电磁辐射等恶劣环境严重威胁着航天器的安全和飞行任务的完成。因此，研制新型号航天器时必须在地面进行充分的环境模拟试验，通过试验发现隐患、改进设计、避免早期失效，从而提高航天器的可靠性。其中最主要是在地面上模拟空间热环境条件进行真空热试验，热沉装置则是真空热试验中最主要的设备之一。

在微小型航天器中，微小卫星占有重要地位，它以现代科技为核心，重量轻、体积小、成本低、功能配置灵活，兼有“快、好、省”等特点，已经在民用通信、遥感气象、地球科学、空间科学、行星探测、技术验证等领域得到了广泛应用，其在商业和军事方面的重要应用更是成为各国致力发展和研究的重点。

与大型航天器一样，在研制微小卫星的过程中，也需要进行充分的空间环境试验来改进设计提高可靠性。由于微小卫星的重量和体积比大型航天器小得多，传统的空间环境模拟试验设备显然不适用于微小卫星的环境试验。因此需要有针对性地设计低成本小型空间环境模拟试验设备以满足试验需求。

完整的空间环境模拟试验系统一般应包括真空罐、热沉装置、加热装置，分别实现真空、低温和黑背景、空间外热流等空间环境条件的模拟。为模拟空间的冷黑环境，通常用铝、铜或不锈钢制成冷却构件，内通液氮、液氦等冷却介质，内表面喷涂黑漆以提高发射率，这种装置称为热沉装置。热沉装置常见的结构形式有立式和卧式两种。立式结构具有使用液氮时不易产生气堵、结构受力合理等优点，目前国内大型空间环境模拟器的热沉装置大多采用立式结构。

温度分布均匀性是热沉装置设计制造的一个重要技术指标，热沉装置的温度分布均匀性越好，对空间冷黑环境的模拟就越充分，航天器的空间环境模拟试验结果就越可靠。传统的大型空间环境模拟器的热沉装置由于尺寸大、结构复杂、安装方式受限等因素，很难有针对性地在设计上提高整体温度分布均匀性。

发明内容

本发明是应用于微小卫星空间环境模拟试验的一种具有较高温度分布均匀性的铝制立式热沉装置，该热沉装置由翅片管阵列面、金属波纹软管、多层隔热材料和温度采集系统组成。如图1所示，它们之间的位置连接关系是：八个翅片管阵列面组成八棱柱形侧面；两个翅片管阵列面分别为热沉装置的顶面和底面；金属波纹软管连接上述各面使整个热沉装置内腔成为一体；温度采集系统中的热敏电阻贴在热沉装置的外表面；多层隔热材料则包覆在装置的最外面。

所述翅片管阵列面是由铝翅片管和圆铝管连接而成，见图2、图6、图7，分为顶面、底面和侧面三个部分，顶面是出液汇总的圆铝管，底面是进液汇总的圆铝管，侧面是竖直分布的铝翅片管。各翅片管阵列面以圆铝管为液氮总管，铝翅片管为液氮支管，统称为局部并联式腔体；而顶面、底面和侧面由金属波纹软管连接成为一体，成为总体的串联式腔体。本发明通过总体串联、局部并联的方式确保液氮在热沉装置的内部均匀、顺畅地流动，进而有效提高了热沉装置整体温度分布的均匀性。

所述金属波纹软管是型号为XJR10L1的金属波纹软管及相关管路连接件。该金属软管按GB/T14525-93要求生产，使用温度为-196~+200摄氏度，P气密度为2.5MPa，P强度为3.75MPa。管路之间的连接方式为球头-锥面-螺纹连接，密封性好、抗扭能力和承压能力强、连接灵活可靠，能有效地保证热沉装置内部腔体的连通性和密闭性。

所述多层隔热材料是由若干层轻质铝箔纸和网状涤纶纱布交叠缝制而成，成本低廉，制作简单。多层隔热材料的使用，减小了热沉装置与外界的热辐射面积，进一步隔绝了热沉装置内外的辐射热交换。此外，多层隔热材料与翅片管阵列面之间的热辐射起到了提高热沉装置整体温度分布均匀性的作用。