[發明專利]設備艙溫度和壓力的控制系統及調控方法

在審

• 申請號: 202010048483.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111186582A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 姜培學;王超;胥蕊娜;祝銀海
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B64D13/06
• 分類號: B64D13/06;B64D13/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王艷斌

本發明公開了一種設備艙溫度和壓力的控制系統及調控方法，其中，系統包括：制冷劑儲罐和噴嘴，分別用于存儲和霧化冷卻工質，并通過噴霧方式對高熱流表面進行定向冷卻，使得將制冷劑分布在艙內；溫度傳感器和壓力壓差組合傳感器，分別用于檢測艙內設備的當前溫度和艙外環境的當前壓力，以得到當前壓差；設置于供液管路的供液電磁閥和排氣電磁閥；控制執行器，用于根據當前溫度和當前壓差控制供液電磁閥和排氣電磁閥的開啟或關閉，以控制艙內設備的表面溫度和艙內的環境壓力處于預設范圍內。該系統具有制冷劑消耗量小、結構簡單、控制靈活、容易實現的優點，能夠滿足飛行器動態環境變化過程中，設備艙內溫度和壓力的控制需求。

技術領域

本發明涉及臨近空間/空間飛行器設備艙熱管理技術領域，特別涉及一種設備艙溫度和壓力的控制系統及調控方法。

背景技術

臨近空間/空間超聲速和高超聲速飛行器在很大程度上代表了一個國家的軍事實力，一直是世界各軍事強國爭相發展的技術。飛行器設備艙的冷卻是發展臨近空間/空間超聲速和高超聲速飛行器技術急需解決的問題之一。飛行器攜帶的電子設備其溫度一旦超過許用溫度，電子設備的性能將受到嚴重影響，甚至破壞。此外，在氣動熱作用下艙體外表面形成的高溫、高熱流的邊界條件同樣對艙內的電子設備形成較強的加熱作用。為了保證飛行器的安全飛行，必須采取及時有效的冷卻方式將設備艙內聚集的熱量快速的排散掉，維持艙內電子設備的工作溫度在合理的范圍內。

飛行器所處的特殊環境和飛行器自身結構的要求都對設備艙內電子器件的溫度調控提出了巨大挑戰，主要包括：

(1)當飛行器所處環境為高空環境時(如臨近空間環境)，環境壓力比較低(臨近空間環境壓力5500Pa)，空氣稀薄，氣體對流冷卻能力差；

(2)設備艙的空間有限，艙內電子設備的空間分布密度往往比較高，且電子設備的形狀、大小和熱功率高低排布等具有較大的隨機性，實現每個設備都具有良好的冷卻效果具有較大的挑戰性；

(3)冷卻方式的選擇不僅要簡單易實現，還要特別要求冷卻系統具有體積小、重量輕的特點；

(4)當引入相變冷卻工質時，要滿足艙體及設備的“維形”要求。

因此，在制定設備艙控溫控壓技術方案時需要兼顧的限制因素比較多，即要實現設備的冷卻，又要考慮輕量化和艙體結構的承受能力。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種設備艙溫度和壓力的控制系統，該系統具有制冷劑消耗量小、結構簡單、控制靈活、容易實現的優點，能夠滿足飛行器動態環境變化過程中，設備艙內溫度和壓力的控制需求。

本發明的另一個目的在于提出一種設備艙溫度和壓力的調控方法。

為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種設備艙溫度和壓力的控制系統，包括：制冷劑儲罐和噴嘴，分別用于存儲和霧化冷卻工質，并通過噴霧方式對高熱流表面進行定向冷卻，使得將制冷劑分布在艙內；溫度傳感器和壓力壓差組合傳感器，分別用于檢測艙內設備的當前溫度和艙外環境的當前壓力，以得到當前壓差；設置于供液管路的供液電磁閥和排氣電磁閥；控制執行器，用于根據所述當前溫度和所述當前壓差控制所述供液電磁閥和排氣電磁閥的開啟或關閉，以控制艙內設備的表面溫度和艙內的環境壓力處于預設范圍內。

本發明實施例的設備艙溫度和壓力的控制系統，利用制冷工質的噴霧冷卻實現艙內設備的冷卻，利用艙外的低壓環境并通過向外排氣的方式對艙內環境進行壓力調節，具有制冷劑消耗量小、結構簡單、控制靈活、容易實現的優點，能夠滿足飛行器動態環境變化過程中，設備艙內溫度和壓力的控制需求。

另外，根據本發明上述實施例的設備艙溫度和壓力的控制系統還可以具有以下附加的技術特征：