新型空间大功率滚环热分析

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1、V01．26No．4航天器工程第26卷第4期!!量呈垒篁兰篁垦垒!三星些鱼!些兰兰些!些鱼!!!!篁!旦新型空间大功率滚环热分析刘自立1侯欣宾1王立1秦晓刚2宋晨飞(1钱学森空间技术实验室，北京100094)(2真空技术与物理国家级重点实验室，兰州730000)(3河南科技大学材料工程学院，河南洛阳471003)摘要首先，针对航天器的大功率、低损耗、长寿命等要求，详细介绍新型滚环模块化、多滚动摩擦滚子、协同运动等典型结构特征；然后，针对空间滚环大功率、长寿命带来的热设计问题，建立接触电阻模型、滚动摩擦力矩模型，理论

2、分析计算了空间滚环设计方案参数条件下的电阻、滚动摩擦热；最后，利用有限元技术，对真空环境中的单通道滚环，在传输不同电流情况下的稳态温度场进行仿真分析。为改善滚环的热特性以进一步提高传输功率，从结构设计、材料等方面给出了建议并指出后续的研究方向。关键词大功率滚环；电阻热；滚动摩擦热；热分析中图分类号：V443文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2017．04．009ThermalAnalysisofNovelHigh-。powerRoll-·ringLIUZililHOUXinbi

3、nlWANGLilQINXiaogan92SONGChenfei3(1QianXuesenLaboratoryofSpaceTechnology，Beijing100094，China)(2NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyandPhysics，Lanzhou730000，China)(3InstituteofMaterialsScienceandEngineering，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，H

4、enan471003，China)Abstract：Aimedatthedesireofhigh—powertransferring，longerlifeandhigherreliability，sometypicalcharacteristicsofnovelroll—ring，suchasroll—ringblocking，multi—flexureandaccordantmovementareintroducedinthepaper．Then，themodelofcontactresistanceandrol

5、lingattritionmomentisestablished，and，theresistanceheatandfrictionheatundertheroll—ring’Skeyparame—tersareinvestigatedtheoreticallyandcomparedinthepaper．Lastly，thesteady—statethermalnu—mericalanalysisofdifferentcurrenttransferringinvacuumenvironmentisfinished．A

6、ndforim—provingheatcharacteristictoenhancetransferringpower，somecommentsonthestructuredesignandmaterialaregivenandthefutureresearchdirectionisindicatedinthispaper．Keywords：high—powerroll—ring；resistanceheat；rollingattrition；thermalanalysis收稿日期：2017—05—17：修回日期：

7、2017-07—24基金项目：真空技术与物理国家级重点实验室开放基金(ZWKl603)作者简介：刘自立，男，工程师，硕士，从事空间超高压电力传输技术、空间太阳能电站等领域的研究工作。Emailronger2007@126．corn。第4期刘自立等：新型空间大功率滚环热分析1引言随着空问技术的快速发展，人类探索太空和开发空间资源的步伐逐渐加大，对于航天器的供电要求不断提升，我国正在研制的空间站¨一的供电需求将达到40kW以上、未来的扩展供电需求可能达到100kW，而更为长远的空间太阳能电站的供电需求将达到MW级甚至G

8、W级[1。1⋯。由于运行轨道的特性，在空间运行的航天器的太阳能电池阵必须连续旋转以实现对太阳跟踪，对应轨道周期，其转速约为90rain／r(低地球轨道)或者24min／r(地球静止轨道)，因此必须采用可以连续旋转的大功率导电装置(也称为导电旋转关节)实现太阳电池阵与航天器本体间的电力传输。目前，卫星上的旋转导电装置主要采用滑环式结构，利用电刷和导电环环片之间