[發明專利]一種用于低溫罩地面加注液氮時的防霜隔熱裝置及方法

有效

• 申請號: 201310145304.2
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103244820A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 王麗紅;陳光奇;陳叔平;董亮;陳聯;黃宏
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: F17C6/00
• 分類號: F17C6/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;李愛英

技術領域

本發明涉及一種用于低溫罩地面加注液氮時的防霜隔熱裝置及方法，屬于低溫液體加注領域。

背景技術

在飛行器外部裝上一個輕薄的低溫罩，利用液氮將低溫罩表面溫度降到液氮溫度，可以降低飛行器外表面的紅外輻射強度，從而大大縮短被紅外探測器探測到的距離。但是低溫罩在地面加注液氮時，表面會吸收水氣結霜，如環境濕度較大，表面會過度結霜、嚴重時甚至結冰。結霜會改變低溫罩表面的發射率，影響低溫罩表面紅外特性。為減少或防止結霜，需要采用防霜隔熱措施。要求在地面時可以使低溫罩表面不結霜，并使低溫罩內液氮損失盡量少，在空間還可實現低溫罩與防霜罩的分離。

通常對低溫罩采取的防結霜方法有以下三種：

第一種是通干燥氮氣對低溫罩表面進行保護，但是對于加注液氮的低溫罩來說，液氮溫度下氮氣會冷凝，同樣存在低溫罩表面結霜的可能。

第二種方案是制作防霜隔熱罩，套在低溫罩表面進行密封，防霜隔熱罩可以采用多層絕熱材料、軟質泡沫塑料、硬質泡沫塑料進行制作，但這種方法的難點是如何實現防霜罩和低溫罩之間的分離。若防霜罩采用拆分式，其接縫處的密封又是一個關鍵問題。

第三種方法是在低溫罩金屬表面涂以某種憎水或親水涂料以阻止和延緩結霜。試驗表明：無涂層表面形成膜狀凝結速度很快，且很快形成霜生長所需要的冰核；對有憎水涂層表面則始終保持珠狀凝結，且形成易倒伏的枝晶容易被吹掉，從而延緩了霜的形成初期；對有親水涂層表面，由于空氣不斷溶于液態的親水溶液中，相當于降低了空氣經過冷壁表面的焓濕量，也大大延緩了霜的形成初期，降低了冷壁表面的結霜速率。另外，親水涂層冷壁表面的凝固點較低，這使親水涂層的冷壁表面的冰點大大降低，從而起到了抑制和延緩結霜的作用。但是，涂層有可能改變低溫罩的紅外發射率。

發明內容

為解決飛行器地面加注液氮時的防霜隔熱問題，本發明的目的是提供一種地面加注液氮時有效的防霜隔熱裝置及方法。

本發明所采用的技術方案如下：

一種用于低溫罩地面加注液氮時的防霜隔熱裝置，所述裝置包括氮氣鋼瓶、氮氣減壓閥、穩壓閥、氣路轉換開關、測溫儀、氣缸、熱電偶、防霜罩、低溫罩、電子秤、加注閥、液氮供應容器、氦氣調壓閥、氦氣鋼瓶；

上述組成部件之間的連接關系為：

低溫罩底部為金屬法蘭，低溫罩外部設有熱電偶，所述熱電偶與測溫儀連接，對低溫罩溫度進行監測；

低溫罩底部對稱設有2個加注口，液氮供應容器通過加注閥與2個加注口分別連接；

在低溫罩外部套有防霜罩，低溫罩和防霜罩之間留有空隙；所述防霜罩由兩個半罩組成，兩個半罩分別通過合頁與低溫罩底部的金屬法蘭連接，在防霜罩外壁的接縫口兩側各自對稱設有兩個氣缸；所述氣缸上下各開有一個進氣口，氣缸內設有氣桿；上進氣口進氣時氣桿回收，下進氣口進氣時氣桿伸長；氣缸開有下進氣口的一端通過鉸鏈與金屬法蘭連接，開有上進氣口的一端固定在防霜罩上；當防霜罩閉合時，氣缸與豎直方向的夾角為15～20°；將低溫罩和防霜罩作為整體置于電子稱上；

氮氣鋼瓶位于低溫罩的一側，氮氣鋼瓶的出氣口依次通過氮氣減壓閥、穩壓閥和氣路轉換開關后分為兩路，一路分別與四個氣缸的上進氣口連接，另一路分別與四個氣缸的下進氣口連接；通過氣路轉換開關控制四個氣缸的進氣和排氣，從而控制防霜罩的閉合和開啟；

所述轉換開關有三種狀態，當位于左側時，氣缸的下進氣口進氣，氣桿伸長，防霜罩開啟；當位于右側時，氣缸的上進氣口進氣，氣桿回收，防霜罩閉合；當轉換開關處于中間位置時，氣缸中的壓力與大氣壓相等，氣桿處于平衡狀態，防霜罩維持開啟或閉合狀態；

氦氣鋼瓶位于低溫罩的另一側，氦氣鋼瓶的出氣口通過氦氣調壓閥后進入防霜罩，并與防霜罩和低溫罩之間的空隙相通；優選所述空隙的徑向寬度為10～20mm，

其中，優選防霜罩外壁為一層鋁合金外殼，內壁襯一層厚30mm的高效隔熱材料（硬質聚胺酯泡沫），在兩個半罩的接縫處設有密封條。

一種用于低溫罩地面加注液氮時的防霜隔熱方法，所述方法具體步驟如下：

在操作開始前，所有閥門及氣路轉換開關均處于關閉狀態。

步驟一、依次打開氮氣減壓閥、穩壓閥，將氣路轉換開關置于右側，使氮氣從氣缸的上進氣口進入，維持氣缸內的氮氣壓力為0.1～0.2MPa，使防霜罩緊閉；

步驟二、打開氦氣調壓閥，將氦氣氣壓調至0.03～0.15MPa，氦氣進入防霜罩和低溫罩之間的空隙，使防霜罩內部的氦氣處于微正壓；