制冷机与深冷环路热管集成系统传热特性试验研究

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1、第25卷第3期航天器工程v01．25No．3一．2016年6月SPACECRAFTENGINEERING63制冷机与深冷环路热管集成系统传热特性试验研究王录苗建印张红星(北京空间飞行器总体设计部，空间热控技术北京市重点实验室，北京100094)摘要基于红外探测器光学敏感元件深低温热控需求，开展了脉冲管制冷机和氮工质深冷环路热管集成系统的传热特性的试验研究。文章针对单脉冲管制冷机和单氮工质深冷环路热管的集成系统(单回路)，进行了深冷环路热管超临界启动特性、传热能力、漏热量及隔离机械振动特性的试验研究；针对双脉冲管制冷机和双氮工质深冷环路热管的集成系统(双回路)，进行了正常运行

2、模式、无缝切换模式、故障切换模式及共同运行模式的试验研究。试验结果表明，该集成系统可以满足未来红外探测栽荷光学敏感元件深低温热传输及排散的需求，并有效隔离制冷机机械振动的影响。关键词深冷环路热管；传热特性；超临界启动中图分类号：V476．2文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2016．03．010InvestigationonThermalCharacteristicofIntegratedSystemofPulseTubeCoolerswithCryogenicLoopHeatPipesWANGLuMIA0JianyinZHANGHon

3、gxing(BeijingKeyLaboratoryofSpaceThermalControlTechnology，BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Basedonthecryogenicthermalcontrolrequirementofinfraredopticalsensorsofspacedetector，heattransferperformanceofanintegratedsystemofpulsetubecoolerswithcryogeni

4、cloopheatpipeshasbeeninvestigated．Thesupercriticalstartup，heattransportcapability，heatleakageandvibrationisolationofasingleloophavebeeninvestigated．Thenormaloperationmode，normalswitchoperationmode，failoverswitchoperationmodeandcooperationmodeofadoubleloopshavebeeninvestigated．Theresultsrev

5、ealthattheintegratedsystemcanmeettherequirementforcryogenicthermalcontrolofthefuturespaceinfrareddetector．Keywords：cryogenicloopheatpipe；heattransferperformance；supercriticalstartup引言某些采用红外探测器进行目标成像的卫星，对于被探测对象温度在200～300K范围内的目标，红外探测器的光学敏感元件温度必须维持在120K以下，才能消除背景温度噪声获得高的成像质量。脉冲管制冷机可以为红外探测器光学敏感

6、元件提供深低温的工作环境(温度在100K以下)。若脉冲管制冷机和红外探测器光学敏感元件直接耦合，将出现如下技术难点：①因各自结构的特点，机械接I：I设计困难；②脉冲管制冷机运动部件压缩机产生的机械振动，会影响红外探测器的成像质量；③难以采取措施隔离脉冲管制冷机产生的电磁波对红外探测器的收稿日期：2016—04-27；修回日期：2016—05—16基金项目：国家自然科学基金(51406009)作者简介：王录，男，工程师，研究方向为航天器热控制、两相流动及传热技术。Email：wanglulkdd@163．corn。航天器工程25卷干扰；④脉冲管制冷机停止运行时向红外探测器漏热

7、；⑤受空间布局所限，红外探测器敏感元件附近直接布置两个脉冲管制冷机较困难，难以设计冗余以提高红外探测器的寿命和可靠性。要克服脉冲管制冷机和红外探测器直接耦合带来的问题，必须建立一种“桥梁”，在红外探测器敏感元件与脉冲管制冷机之间进行高效的热量收集和传输，隔离脉冲管制冷机产生的机械振动和电磁干扰，阻断脉冲管制冷机停止工作时向红外探测器漏热，方便脉冲管制冷机布置备份，提高红外探测器的寿命和可靠性。就目前的技术水平来讲，该“桥梁”最简单可靠的形式为深冷环路热管(CLHP)。其主蒸发器和冷凝器分别与红外探测器和脉冲管制冷机