CN103048855B - 一种航空相机热控系统隔热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航空相机热控系统隔热装置，包括：3个不锈钢螺钉和3个隔热垫圈沿轴向对称分布；圆环状隔热垫位于第一与第二结构件之间；隔热垫圈位于不锈钢螺钉的环状面和第一结构件一平面之间；隔热垫圈、第一结构件、隔热垫和第二结构件通过不锈钢螺钉固定连接；隔热垫第一端面、第二端面各自延伸出三个对称分布的突台，第一端面的三个突台表面与第一结构件的一平面接触，第二端面的三个突台表面与第二结构件的一平面接触，不锈钢螺钉的连接段贯穿突台中心的通孔；突台结构用于增大隔热垫热阻和接触热阻；第一结构件的热量通过隔热垫和隔热垫圈隔离，用于避免热量从第一结构件直接传递到第二结构件，也用于避免热量通过不锈钢螺钉进行传导。

Description

一种航空相机热控系统隔热装置
技术领域
本发明涉及一种航空相机热控系统的隔热结构，适用于航空航天设备热控制领域。
背景技术
航空相机是装载在飞机上以拍摄地表景物来获取地面目标的精密光学仪器。工作于高空下的相机，从地面到高空，其外界环境温度将发生很大变化，由于光学材料和结构材料的热不稳定性，温度变化可能会引起系统离焦，产生波前畸变，导致成像质量变差。为了满足航空相机高分辨率的要求，必须采取一定的热控措施保障其获取高质量图像。
热控措施包括被动热控与主动热控，一般遵循以被动热控为主，主动热控为辅的原则设计热控系统。隔热结构是被动热控中的一个重要环节，其隔热效果直接影响到光学系统的漏热率，从而决定主动热控中加热功率的高低，飞机上的资源是有限的，必须将热控系统的能耗控制在一定范围内，因此尽量增大隔热结构的热阻是被动热控设计的主要目标。为了增大热阻，可以选用热传导率极低且满足刚度需求的高分子材料制作隔热垫，但是为了抵抗飞机震动，螺钉连接件的材料必须为刚度较高的金属，金属的热传导率很高，因此螺钉材料成为制约隔热结构热阻的主要因素。
目前，较好的解决办法是采用钛合金材料制作螺钉，其热传导率相对普通金属(如钢)小很多，但是其成本比普通螺钉高几倍，且被控元件热损难以控制，达不到理想的隔热效果。
发明内容
要解决现有隔热结构中螺钉连接件材料热传导率较大而减小隔热结构热阻，以及被控元件热损难以控制的技术问题，本发明的目的是提供一种航空相机热控系统隔热装置，可以有效地增大隔热结构热阻，减小光学系统的漏热率，增大系统的时间常数，可以降低主动热控功耗。
为了达成所述目的，本发明提供航空相机热控系统隔热装置的技术方案包括：3个不锈钢螺钉、3个隔热垫圈、第一结构件、隔热垫和第二结构件；3个不锈钢螺钉和3个隔热垫圈沿轴向对称分布；所述隔热垫位于第一结构件与第二结构件之间；所述的隔热垫圈位于不锈钢螺钉的环状面和第一结构件一平面之间；隔热垫圈、第一结构件、隔热垫和第二结构件通过不锈钢螺钉固定连接；不锈钢螺钉的螺杆具有一连接段，第一结构件的厚度为不锈钢螺钉的连接段的长度减去隔热垫圈的厚度与隔热垫的厚度之和；隔热垫是圆环状隔热垫，圆环状隔热垫的第一端面和第二端面各自延伸出三个对称分布的突台，其中第一端面的三个突台表面与第一结构件的一平面接触，第二端面的三个突台表面与第二结构件的一平面接触，每个突台中心具有一个通孔，不锈钢螺钉的连接段贯穿通孔；突台结构用于减少导热面积与接触面积、增大隔热垫热阻和接触热阻；第一结构件的热量通过两条路径与第二结构件隔离，一条通过隔热垫隔离，另外一条通过隔热垫圈隔离，用于避免热量从第一结构件直接传递到第二结构件，也用于避免热量通过具有热导率的不锈钢螺钉进行传导；设定隔热垫的厚度、隔热垫的突台平面面积、隔热垫圈的底面面积、隔热垫与第一结构件的一平面、第二结构件的一平面的接触热阻，不锈钢螺钉的环状面与第二结构件的接触热阻，隔热垫圈与第一结构件的另一平面、不锈钢螺钉的环状面的接触热阻，增加隔热垫圈的厚度能增大所述隔热装置的热阻，实现所述隔热装置热阻的可调性。
本发明隔热结构的隔热原理是：第一结构件的热量通过两条路径与第二结构件隔离，一条通过隔热垫隔离，另外一条通过隔热垫圈隔离，不仅避免了热量从第一结构件直接传递到第二结构件，也避免了热量通过热传导率很高的不锈钢螺钉进行传导。为了防止螺杆与通孔内壁接触，通孔直径应比普通配合孔直径稍大。当隔热垫尺寸一定时，通过增加隔热垫圈的厚度可以增大隔热结构的热阻，实现隔热结构热阻的可调性，减小被控元件的热损。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明中两个结构件的热量交换由隔热垫和隔热垫圈隔离，通过调整隔热垫圈的厚度实现隔热结构热阻的可调性，本发明解决了现有隔热结构中金属螺钉连接件材料热导率较大而降低隔热结构热阻，以及被控元件热损难以控制的问题，不仅有效地增大了隔热结构热阻，还实现了隔热结构热阻的可调性，减小光学系统的漏热率，增大系统的时间常数，降低主动热控功耗。其结构简单，成本低廉，可靠性高，可广泛用于航空航天设备热控制场合。
附图说明
图1为本发明的航空相机热控系统隔热结构示意图；
图2为本发明的隔热垫正视图和剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示为种航空相机热控系统隔热结构，包括3个不锈钢螺钉1、3个隔热垫圈2和隔热垫4，以及第一结构件3和第二结构件5组成，其中：3个不锈钢螺钉1和3个隔热垫圈2沿轴向对称分布；所述隔热垫4位于第一结构件3与第二结构件5之间；所述的隔热垫圈2位于不锈钢螺钉1的环状面和第一结构件3一平面之间；隔热垫圈2、第一结构件3、隔热垫4和第二结构件5通过不锈钢螺钉1固定连接；不锈钢螺钉1的螺杆具有一连接段L3，第一结构件3的厚度为不锈钢螺钉1的连接段L3的长度减去隔热垫圈2的厚度L1与隔热垫4的厚度L2之和；隔热垫4是圆环状隔热垫，圆环状隔热垫的第一端面a、第二端面b各自延伸出三个对称分布的突台，其中第一端面a的三个突台表面与第一结构件3的一平面接触，第二端面b的三个突台表面与第二结构件5的一平面接触，每个突台中心具有一个通孔，不锈钢螺钉1的连接段贯穿通孔；突台结构用于减少导热面积与接触面积、增大隔热垫热阻和接触热阻；第一结构件3的热量通过两条路径与第二结构件5隔离，一条通过隔热垫4隔离，另外一条通过隔热垫圈2隔离，用于避免热量从第一结构件3直接传递到第二结构件5，也用于避免热量通过具有热导率的不锈钢螺钉1进行传导。
其中，所述隔热垫圈和隔热垫均采用0.26W·m-1·℃-1的热传导率和2690Mpa的弹性模量的高分子材料聚砜制成。
第一结构件3的热量通过两条路径与第二结构件5隔离，一条通过隔热垫4隔离，另外一条通过隔热垫圈2隔离，不仅避免了热量从第一结构件3直接传递到第二结构件5，也避免了热量通过热传导率很高的不锈钢螺钉1进行传导。为了防止螺杆与通孔内壁接触，通孔直径D2应比普通配合孔直径稍大，D2＝1.3D1，D1为不锈钢螺钉1的直径。
所述隔热结构的总热阻R为：
R = 1 1 R c 1 + L 2 3 k 1 A 1 + R c 2 + 3 R c 3 + 4 L 3 π k 2 D 1 2 + R c 4 + L 1 k 1 A 2 + R c 5 - - - ( 1 )
其中，Rc1、Rc2分别为隔热垫4与第一结构件3的一平面、第二结构件5的一平面的接触热阻，Rc3为不锈钢螺钉1的环状面与第二结构件5的接触热阻，Rc4、Rc5分别为隔热垫圈2与第一结构件3的另一平面、螺钉头的接触热阻，k1为高分子材料聚砜的热传导率，k2为不锈钢热传导率，A1为隔热垫突台平面面积，A2为隔热垫圈底面积。
由式(1)可知，增加隔热垫4和隔热垫圈2的厚度，或者减小突台面积和垫圈底面积都可以使隔热结构的总热阻增大。设定隔热垫4的厚度L2、隔热垫4的突台平面面积A1、隔热垫圈2的底面面积A2、隔热垫4与第一结构件3的一平面、第二结构件5的一平面的接触热阻Rc1、Rc2，不锈钢螺钉1的环状面与第二结构件5的接触热阻Rc3，隔热垫圈2与第一结构件3的另一平面、不锈钢螺钉1的环状面的接触热阻Rc4、Rc5，增加隔热垫圈2的厚度L1能增大所述隔热装置的热阻，实现所述隔热装置热阻的可调性，用于减小光学系统的漏热率，增大系统的时间常数，从而为主动热控节省功耗。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (3)

1.一种航空相机热控系统隔热装置，其特征在于，包括3个不锈钢螺钉、3个隔热垫圈、第一结构件、隔热垫和第二结构件；3个不锈钢螺钉和3个隔热垫圈沿轴向对称分布；所述隔热垫位于第一结构件与第二结构件之间；所述的隔热垫圈位于不锈钢螺钉的环状面和第一结构件一平面之间；隔热垫圈、第一结构件、隔热垫和第二结构件通过不锈钢螺钉固定连接；不锈钢螺钉的螺杆具有一连接段，第一结构件的厚度为不锈钢螺钉的连接段的长度减去隔热垫圈的厚度与隔热垫的厚度之和；隔热垫是圆环状隔热垫，圆环状隔热垫第一端面、第二端面各自延伸出三个对称分布的突台，其中第一端面的三个突台表面与第一结构件的一平面接触，第二端面的三个突台表面与第二结构件的一平面接触，每个突台中心具有一个通孔，不锈钢螺钉的连接段贯穿通孔；突台结构用于减少导热面积与接触面积、增大隔热垫热阻和接触热阻；第一结构件的热量通过两条路径与第二结构件隔离，一条通过隔热垫隔离，另外一条通过隔热垫圈隔离，用于避免热量从第一结构件直接传递到第二结构件，也用于避免热量通过具有热导率的不锈钢螺钉进行传导；设定隔热垫的厚度、隔热垫的突台平面面积、隔热垫圈的底面面积、隔热垫与第一结构件的一平面、第二结构件的一平面的接触热阻，不锈钢螺钉的环状面与第二结构件的接触热阻，隔热垫圈与第一结构件的另一平面、不锈钢螺钉的环状面的接触热阻，增加隔热垫圈的厚度能增大所述隔热装置的热阻，实现所述隔热装置热阻的可调性。
2.根据权利要求1所述的航空相机热控系统隔热装置，其特征在于，所述隔热垫圈和隔热垫均采用0.26W·m-1·℃-1的热传导率和2690Mpa的弹性模量的高分子材料聚砜制成。
3.根据权利要求1所述的航空相机热控系统隔热装置，其特征在于，所述通孔的直径D2＝1.3D1，D1为不锈钢螺钉直径。
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