[發(fā)明專利]航天器真空熱試驗(yàn)高熱流模擬器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310596949.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103600851A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王奕榮;高慶華;劉守文;許忠旭;裴一飛;李振偉;王洪興;張春瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號(hào): B64F5/00
• 分類號(hào): B64F5/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器地面真空熱試驗(yàn)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于航天器及其部組件在地面進(jìn)行的高溫、高熱流真空熱試驗(yàn)用熱模擬系統(tǒng)，考核熱載荷對(duì)航天器結(jié)構(gòu)的熱匹配、耐熱等性能。

背景技術(shù)

航天器熱真空試驗(yàn)是在規(guī)定的真空與熱循環(huán)條件下驗(yàn)證航天器各種性能與功能的試驗(yàn)。它是航天器正樣研制階段多項(xiàng)環(huán)境模擬試驗(yàn)中的重要試驗(yàn)之一。試驗(yàn)的主要目的是使航天器在真空與熱循環(huán)條件下暴露航天器的材料和制造工藝缺陷、排除早期失效，從而大大提高了航天器在軌運(yùn)行的可靠性。

在航天器熱真空試驗(yàn)中，除了要模擬真空條件外，還要對(duì)航天器上組件的溫度進(jìn)行控制，能否按規(guī)定的溫度要求進(jìn)行熱循環(huán)，將引起航天器過(guò)試驗(yàn)和欠試驗(yàn)。過(guò)試驗(yàn)可能使航天器上某些儀器設(shè)備損壞或縮短工作壽命，欠試驗(yàn)則可導(dǎo)致航天器上某些儀器設(shè)備得不到應(yīng)有的考驗(yàn)。

天地往返飛行器再入時(shí)由于氣動(dòng)加熱，表面溫度極高。高溫風(fēng)洞試驗(yàn)只能考核表面熱防護(hù)材料的性能，不能模擬再入期間艙內(nèi)載荷所處的熱環(huán)境。必須利用紅外加熱方法模擬艙體表面高溫邊界的方法，實(shí)現(xiàn)在真空或低氣壓環(huán)境下能夠?qū)⒎罒嵬弑砻婕訜岬揭?guī)定的溫度。為了保證天地往返飛行器防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整性和可靠性，需要大量開(kāi)展部件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)項(xiàng)目。

深空探測(cè)系列衛(wèi)星著陸器的發(fā)動(dòng)機(jī)大部分位于探測(cè)器內(nèi)部，點(diǎn)火工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和噴管的溫度很高，需要利用高溫隔熱屏進(jìn)行隔熱，減小發(fā)動(dòng)機(jī)高溫對(duì)著陸器本體的加熱影響。著陸器發(fā)動(dòng)機(jī)和推力器工作時(shí)，附近多層隔熱組件的外熱流增加，溫度升高。為驗(yàn)證這些發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)多層隔熱組件的性能，需要進(jìn)行真空條件下的隔熱性能試驗(yàn)，持續(xù)改進(jìn)高溫隔熱屏的隔熱性能，為此，提供一種用于航天器及其部組件在地面進(jìn)行的高溫、高熱流真空熱試驗(yàn)用的模擬器和模擬方法非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種用于航天器及其部組件的在地面進(jìn)行高溫、高熱流真空熱試驗(yàn)用的模擬器。在真空、低溫環(huán)境下能夠?qū)⒃嚰臏囟瓤刂圃?100℃-1400℃范圍內(nèi)的任意溫度值上并維持，在達(dá)到規(guī)定的維持時(shí)間后，關(guān)閉程控電源的輸出功率，將紅外燈陣及其高溫隔熱組件單元移離試件，讓試件通過(guò)空間環(huán)境模擬器的冷背景快速降溫以防止過(guò)試驗(yàn)。

本發(fā)明目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

用于空間環(huán)境模擬室內(nèi)的航天器真空熱試驗(yàn)的高溫度高熱流模擬器，主要包括設(shè)置在試件被照面下方的紅外燈陣、高溫隔熱組件單元、移動(dòng)單元、溫度測(cè)量單元和溫度控制單元，其中，紅外燈陣中的紅外燈管帶有反射屏，紅外燈采用程控電源供電，多支紅外燈按熱流密度和均勻性要求排列組合成紅外燈陣，紅外燈固定在紅外燈陣的安裝底板上，紅外燈陣四周圍繞有檔板，安裝底板和擋板的材料為導(dǎo)熱差的不銹鋼且為高反射率狀態(tài)，紅外燈的接線端子設(shè)置在擋板外，在紅外燈與安裝底板、擋板之間加裝高溫多層隔熱組件，將高溫區(qū)域限制在試件被照面和紅外燈陣高溫隔熱組件圍成的區(qū)域內(nèi)，安裝底板通過(guò)支撐架設(shè)置在下方的移動(dòng)單元上，溫度測(cè)量單元對(duì)真空容器內(nèi)的試件各測(cè)量點(diǎn)以及溫度控制點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果反饋給溫度控制單元，溫度控制單元根據(jù)測(cè)量結(jié)果控制紅外燈陣中各紅外燈管的供電，來(lái)模擬需要的真空熱試驗(yàn)高溫環(huán)境，其中，高溫隔熱組件單元包括若干個(gè)高溫多層，每個(gè)高溫多層由覆蓋層、反射屏和間隔層組成，覆蓋層為一層不銹鋼箔，反射屏為兩層不銹鋼箔疊加四層鎳箔，間隔層為六層硅酸鋁布。

其中，紅外燈陣的供電電纜穿過(guò)真空容器壁上的法蘭引出到程控電源的輸出端，每支紅外燈由一臺(tái)程控電源供電。

其中，溫度測(cè)量單元包括數(shù)據(jù)采集儀器、熱電偶測(cè)溫用的參考點(diǎn)裝置和測(cè)量電纜，試驗(yàn)時(shí)，在試件上安裝多支熱電偶，熱電偶測(cè)溫用的溫度參考點(diǎn)裝置放置在真空容器內(nèi)，熱電偶絲在真空容器內(nèi)經(jīng)過(guò)熱電偶參考點(diǎn)裝置后將轉(zhuǎn)換為銅導(dǎo)線，用銅導(dǎo)線將熱電偶測(cè)量信號(hào)通過(guò)真空容器壁上的法蘭引出到數(shù)據(jù)采集儀器的輸入端。

其中，試件的被照面與紅外燈陣輻照面平行且緊貼紅外燈陣四周擋板，熱電偶測(cè)溫采用內(nèi)置溫度參考點(diǎn)。

其中，用于移動(dòng)紅外燈陣和高溫隔熱組件的移動(dòng)單元，包括運(yùn)動(dòng)控制器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，導(dǎo)軌、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和位置傳感器。

本發(fā)明通過(guò)紅外燈陣和高溫隔熱組件單元的獨(dú)特設(shè)計(jì)，解決了航天器進(jìn)行真空熱試驗(yàn)時(shí)高溫、高熱流模擬的技術(shù)難點(diǎn)，在深空探測(cè)和天地往返等系列航天器進(jìn)行真空熱試驗(yàn)時(shí)，能夠模擬高溫、高熱流空間環(huán)境，使航天器得到考核。

附圖說(shuō)明

圖1為航天器真空熱試驗(yàn)的高溫度高熱流模擬器工作流程示意圖；

圖2未航天器真空熱試驗(yàn)的高溫度高熱流模擬器結(jié)構(gòu)示意圖。