相变材料在箭载相控阵天线中的应用

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1、2016年第2期导弹与航天运载技术No.22016总第344期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.344文章编号：1004-7182(2016)02-0094-03DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20160221相变材料在箭载相控阵天线中的应用葛鲁宁，石同武（上海航天电子技术研究所，上海，201109）摘要：本文介绍了一种箭载相控阵天线冷板的工作原理和结构形式，利用相变材料的原理，解决了箭载相控阵天线工作过程中T组件散热量大的问题。通过有限元分析和试验验证，表明冷板的设计切实可行。关键词：相控阵天线；相变材料；T组件；冷

2、板+中图分类号：V443.4文献标识码：AApplicationofPCMforRockets-borneActivePhased-arrayGeLu-ning,ShiTong-wu(ShanghaiSpaceflightElectronicTechnologyInstitute,Shanghai,201109)Abstract:Thepaperintroducesthestructureandprinciplesofacoldplateforrocket-bornephasedarrayapplication.Theproposedcoldplatesuccessfu

3、llycoolsdowntheTmodulesonworkingbyusingthephase-changematerial(PCM)principle.Furthermore,thefeasibilityoftheproposedcoldplateisverifiedbytheanalysisofFEMandtestingofprototypeplate.Keywords:Phased-array;Phasechangematerial;Tmodules;Coldplate0引言并将其聚集到吸热/蓄热器的圆柱形腔内，被吸收转换由于相变材料具有储热密度大、储热容器体积小

4、、成热能，其中一部分热能传递给循环工质以驱动热发热效率高等优点，相变材料热储能的应用备受关注，电机，另一部分热能则被分装在多个小容器内的相变在太阳能、航天、航空及建筑节能等领域具有广阔的蓄热材料（PCM）中，通过熔化而吸收储存起来。在[1]应用前景。在某箭载相控阵天线的设计中，由于T轨道阴影期，PCM在相变点附近凝固放热，充当热源，[3,4]组件（发射单元）工作过程中效率较低，会产生大量使得空间站仍能连续工作。的热，而T组件内部元器件都有一定的工作温度范围石蜡是一种固-液相变材料，分为全精炼石蜡和半（≤65℃）要求，因此需要考虑散热措施。相控阵天精炼石蜡，具有相变潜热高

5、、几乎没有过冷现象、熔线中传统的冷却方式主要有自然冷、风冷和水冷。在化时蒸气压力低、不易发生化学反应且化学稳定性较箭载环境中，自然冷却效果不明显，风冷和水冷散热好、在多次吸放热后相变温度和相变潜热变化很小、[5]方式受条件限制不宜采用。为了解决此问题，本文提自成核、没有相分离和腐蚀性、价格较低等优点。出了一种基于相变机理的冷板方法，成功地解决了相控阵天线工作过程中的散热问题。2模型建立综合考虑运载火箭的安装环境，在相控阵天线设1相变机理计中，将冷板和T组件设计为如图1所示的结构形式。相变材料（PhaseChangeMaterial，PCM）是以潜热形式储存和释放能量的材

6、料，在相变温度范围内，[2]相态发生变化时储存或释放的能量称为相变潜热。相变材料主要应用于储能和温控方面，表面恒温时间t是衡量相变材料性能的主要指标。NASA空间站太阳能热动力发电系统利用抛物型的聚能器截获太阳能，图1冷板外形收稿日期：2015-01-24；修回日期：2015-02-09作者简介：葛鲁宁（1985-），男，工程师，主要研究方向为天馈线结构设计第2期葛鲁宁等相变材料在箭载相控阵天线中的应用95由图1可知，冷板的上、下面均可以用来安装T将这3点影响忽略后，用FloEFD软件给出了T组件，T组件与冷板之间安装时粘贴导热垫，增大传组件工作3h后的温度云图，结果如

7、图3所示，冷板温热效率。度曲线变化如图4所示。由图3、图4可以看出T组相变材料封装在冷板内部，考虑到相变材料本身件的最高温度约为61℃，未超过T组件允许的工作的导热性较差，将冷板内部设计成肋片间隔的多腔结温度范围，这说明采用相变材料的冷却方式理论上是构，如图2所示。图2中各腔用于容纳相变材料，肋可行的。片有利于热量的传递，肋片长度小于冷板的宽度，腔体的两端可以相互连通，可以保证相变材料发生相变后在冷板内部的流通性。图3热分析结果图2冷板内部原理在冷板设计时，选用的相变材料的质量可以通过式（1）计算得出：Qτ−−()ttcm=m1e（1）r