[发明专利]一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法，包括红外灯阵、热流计、电加热器、挡板，根据上面级在轨组合飞行状态，与卫星和运载对接面采用电加热器模拟温度边界，包括仪器舱的规则结构区域采用电加热器模拟瞬态外热流，包括动力舱的复杂结构区域采用红外灯阵模拟瞬态外热流，仪器舱电加热器模拟外热流区域沿周向等分为若干个分区，动力舱红外灯阵模拟外热流区域分为周向和底部两个部位，其中周向等分为若干个分区，底部等分为若干个分区，每个分区采用两个热流计获取本区施加热流值，每个红外灯阵分区间采用挡板进行阻隔，防止分区间热流互相影响。本发明解决了运载火箭上面级在轨飞行过程中瞬态外热流难以模拟的难点。

技术领域

本发明涉及一种轨道飞行器瞬态热平衡试验，具体地，涉及一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法。

背景技术

与一般卫星长期在轨运行不同，运载火箭上面级任务时间短，在轨道部署任务期间内上面级经历多次变轨，热控系统面临比较复杂的轨道和空间环境。

此外，上面级搭载不同卫星时，其轨道条件和发射窗口会有很大的不同，同时还要经历发射、上升轨道段、过渡轨道段、轨道布星等阶段，热控系统面临比较复杂的轨道和空间环境，并与动力系统存在复杂的热边界，其外热流变化迅速。上面级在进出地影区的瞬间，外热流的波动可达到1000W；外热流随空间指向的变化也非常明显，在同一轨道位置，上面级的向阳面和背阳面外热流相差同样可达到1000W，而常规卫星由于轨道变化和姿态调整引起的外热流变化只有几百瓦甚至几十瓦。可见上面级在轨运行期间经受的外热流要比普通卫星复杂得多。

可见，上面级热控分系统研制的巨大挑战在于任务时间短、轨道环境复杂、自身热环境恶劣等，这与常规卫星的热控有很大的不同。上面级短时多轨道的任务特点与传统卫星热设计存在较大差异，需要进行实时瞬态热平衡试验验证，以获取上面级温度场分布，验证热分析模型，验证热控设计的合理，同时还需要验证各单机在真空热循环环境下的工作性能以及各系统之间的匹配性和协调性，暴露上面级上设备、材料、元器件在工艺、装配、制造等方面的潜在缺陷。

目前卫星试验验证主要是基于热平衡和热真空状态的验证，试验规模庞大，周期长，花费昂贵，试验工况一般是基于稳态工况，尤其对于动力舱外露式结构形式的运载火箭上面级，其大范围瞬态热流变化更加难以模拟，目前的试验手段并不能满足上面级的真实飞行过程验证要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法。通过电加热器与红外灯阵组合，实现了在轨飞行过程中运载火箭上面级复杂结构大范围热平衡试验瞬态外热流模拟，具有设计简单、操作方便等优点，解决了运载火箭上面级在轨飞行过程中瞬态外热流难以模拟的难点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，包括红外灯阵、热流计、电加热器、挡板，根据上面级在轨组合飞行状态，与卫星和运载对接面采用电加热器模拟温度边界，仪器舱等规则结构区域采用电加热器模拟瞬态外热流，动力舱等复杂结构区域采用红外灯阵模拟瞬态外热流。仪器舱电加热器模拟外热流区域沿周向等分为若干个分区；动力舱红外灯阵模拟外热流区域分为周向和底部两个部位，其中周向等分为若干个分区，底部等分为若干个分区，每个分区采用两个热流计获取本区施加热流值；每个红外灯阵分区间采用挡板进行阻隔，防止分区间热流互相影响。

通过电加热器与红外灯阵组合，实现了运载火箭上面级热平衡试验瞬态外热流模拟，具有设计简单、操作方便等优点，解决了运载火箭上面级在轨飞行过程中瞬态外热流难以模拟的难点。

优选地，所述红外灯阵由红外灯、红外灯架组件、红外灯阵框架组件、红外灯阵支撑组件、红外灯阵电缆、红外灯阵接插件组成。

优选地，所述红外灯采用飞利浦石英红外灯，规格为13169×/98，功率500W，电压120V。