国外调温热沉研究现状及技术发展

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1、第29卷第2期航天器环境工程2012年4月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING179国外调温热沉研究现状及技术发展张磊，刘敏，王紫娟，何超（北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：调温热沉是开展相关空间环境模拟试验的必备技术手段。文章探讨了调温热沉在空间环境试验中应用的优点、前景及必要性；通过对国外调温热沉的研究应用情况进行总结，分析了调温热沉的一些主要设备及技术要求，包括高低温泵与风机、液氮换热器和液氮喷射器、电加热器等，还介绍了各种制冷技术的原理和适用范围以及

2、导热液性能要求。最后对我国开展调温热沉研制工作提出了建议。关键词：调温热沉；热环境模拟；热真空试验设备；制冷技术中图分类号：V416.5文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)02-0179-06DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2012.02.0130引言调温热沉分为两大类：一类是使用氮气作为载冷剂通入热沉进行温度调节，称为气氮调温热沉；为保证航天器能长期在太空的高真空、冷热另一类是使用耐高低温的导热液作为载冷剂通入交变环境中可靠地工作，发射前需在地面对航天热

3、沉进行温度调节，称为导热液调温热沉。器进行热真空试验。我国现有的热真空试验设备气氮调温热沉采用电加热器对氮气进行加热中，采用液氮冷却系统、太阳模拟器、红外加热以实现高温要求，使用液氮作为冷源对氮气冷却器、电加热贴片等措施模拟航天器在轨所受到的[1-3]以达到温度要求，使热沉温度在93～423K范围内外热流变化。太阳模拟器技术难度大，运行费连续可调。由于气氮调温热沉结构复杂，需要大用高，还需要建造复杂的运动模拟器，所以一般流量的高低温风机，并且运行费用高，所以常用较少使用它来做热真空试验。红外加热器一

4、方面于大型热真空试验设备中。要消耗电能，另一方面为维持背景温度又需要消导热液调温热沉使用制冷机为导热液提供冷耗大量的液氮；而且红外加热器对试件适应性源，电加热器提供热源，通过控制程序将满足要差，当试件的外形及尺寸变化时，需要设计不同求的导热液由循环泵输入热沉中进行调温。该方的红外加热器。电加热贴片由于粘贴于试件上，法的优点是系统构造简单，运行维护费用较少，会改变试件表面的热物理性能，导致一定的试验并且载冷剂的热稳定性高，可以保证热沉表面具误差。有较好的温度均匀性。考虑到现有制冷机制冷功调温热沉是指具

5、有温度调节功能的热沉，通率和循环泵扬程的限制，该调温系统常用于中小过改变热沉自身温度来模拟外部环境温度的变型热真空试验设备中。化。该方法具有对试件无遮挡、可加速降温、经济和使用方便等优点。本文介绍了国外调温热沉1.2调温热沉应用领域的研究应用现状，并对调温热沉的主要技术进行1.2.1真空热试验分析，为我国调温热沉的研制工作提供支持。真空热试验包括热平衡试验和热真空试验。热平衡试验的目的是检验航天器轨道飞行中的温1调温热沉种类及应用领域度分布，验证航天器热设计，并考验航天器热控1.1调温热沉分类系统功

6、能的试验。热真空试验是在规定的真空与热[4]根据所选用载冷剂和外流程的不同，可以将循环条件下验证航天器各种性能与功能的试验。————————————收稿日期：2011-10-11；修回日期：2012-04-12基金项目：中国空间技术研究院情报课题（项目编号：QBKT2011-511-16）作者简介：张磊（1983—），男，博士学位，主要研究高效能热沉换热特性和真空热环境模拟技术。E-mail:zhangleibuaa@126.com。180航天器环境工程第29卷国内外有关航天器环境试验的标准或规范均

7、将真可承受50kW的热负荷。该设备的气氮调温系统如[5-7]空热试验规定为必做的试验项目。鉴于热平衡图1所示。气氮调温热沉外流程采取单向密闭循环，试验和热真空试验都需要考虑温度的变化，因此氮气由两个汽化器提供，每个汽化器可连续8h产3真空热试验设备必须具备温度调节功能。生1870m/h的氮气。氮气经6个高密度汽化单元1.2.2部件热变形测量试验调节后输入热沉中，通过控制汽化单元的输出量来航天器在轨运行时，空间冷热交变环境将会控制氮气流量和温度。汽化单元由低温涡轮循环使航天器上许多部件发生热变形。对自

8、身结构稳器、电加热器和液氮喷射器组成，其中涡轮循环器定性有较高要求的部件来说，这种变形必将影响配备变频电机以允许速度可调。每个单元都有一个到其工作性能，如天线、空间光学相机、太阳电本地PLC来控制涡轮速度、循环压力、液氮喷射速池阵、空间辐冷器等。因此，需要在地面空间冷率和电加热器功率。本地PLC控制单元通过数字方热交变模拟环境中对其变形进行有效测量。式连接到设备PLC系统中，实现集中控制。对部件进行热变形测量试验时，试验设备需要满足以下两个要求：一是设备具有高温和低温