CN103332302B - 一种分离机构热控装置及其热控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分离机构热控装置及其热控方法，用于对一分离机构的温度进行控制，该热控装置包括隔热组件、加热片、热敏电阻、隔热垫以及数据采集和控制装置。隔热组件和隔热垫用于减小分离机构分别与空间热环境和连接法兰之间的热耦合，提高了加热量的利用率，加热片供电后为分离机构提供热量，热敏电阻实现分离机构温度值测量，数据采集和控制装置通过将温度测量值与设定的温度阈值进行比较判断，来控制加热片的供电的通断。本发明选用了经过飞行验证的材料和元器件，加热片采用主、备的回路设计保证了热控装置的可靠性，且本发明采用加热回路阈值控制的方法，温度要求适应性好。

Description

一种分离机构热控装置及其热控方法

技术领域

本发明涉及分离机构的温度控制问题，具体涉及一种分离机构热控装置及其热控方法。

背景技术

在航天领域，为实现两个航天器的连接和分离、空间结构和机构的锁定和释放等关键功能，大量的火工装置得到了广泛的应用。目前国内火工装置主要实现运载火箭的级间分离、整流罩分离、星箭分离，飞行器舱体间分离，以及太阳电池翼、定向天线、微波雷达等空间机构的解锁等方面功能。上述功能在运载上升段、入轨后短时间或者近地轨道上完成,火工装置的温度水平最多只需要被动的包覆就能满足火工装置正常工作温度要求。但是随着深空探测任务全面开展，探测器上的火工装置要在远离地球的深空环境，以及月球、火星轨道上等特殊环境中实现舱段的分离，在上述恶劣的空间热环境中，原来被动的包覆措施已经无法保证火工装置的温度水平，特别是低温情况满足其正常工作的温度要求，必须对火工装置采取特殊的热控方法。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种分离机构热控装置及其热控方法。

本发明一方面为一种分离机构热控装置，用于对一分离机构的温度进行控制，其特征在于，所述分离机构上包括有火药区域和解锁机构区域，所述分离机构热控装置包括：

加热片，设置于所述分离机构的火药区域和解锁机构区域的外壳上，所述加热片为所述分离机构提供热量；

热敏电阻，设置于所述分离机构上，所述热敏电阻对所述分离机构进行温度的测量；

数据采集和控制装置，设置于所述分离机构外部并与所述加热片和所述热敏电阻相连，所述数据采集和控制装置采集所述热敏电阻上的温度值并控制所述加热片供电的通断。

一些实施例中，所述加热片上设置有两个加热回路。

一些实施例中，所述加热片采用聚酰亚胺康铜箔电加热片。

一些实施例中，所述热敏电阻采用MF5802型热敏电阻。

一些实施例中，所述分离机构热控装置还包括隔热组件，所述隔热组件包覆于所述分离机构的外壳上，用于降低所述分离机构与空间热环境的热耦合。

一些实施例中，所述隔热组件包括若干单元依次叠加的多层材料。

一些实施例中，所述多层材料每个单元包括一层双面镀铝聚酯薄膜和一层锦纶网巾。

一些实施例中，所述隔热组件的外表面上设置有F46膜镀银二次表面镜膜或者聚酰亚胺镀铝二次表面镜膜。

一些实施例中，所述分离机构热控装置还包括隔热垫，所述分离机构连接处设置有连接法兰，所述隔热垫设置于所述连接法兰与所述分离机构的分界面处，所述隔热垫用于减少所述分离机构与所述连接面法兰的热耦合。

本发明另一方面为一种分离机构热控方法，采用如上所述的分离机构热控装置，所述分离机构热控方法包括以下步骤：

在分离机构上安装上所述加热片，所述加热片供电后为分离机构提供热量；

在分离机构上安装上所述热敏电阻，所述热敏电阻对分离机构的温度值进行测量；

在分离机构的外部设置数据采集和控制装置，所述数据采集和控制装置采集热敏电阻上的温度值后，将温度值与设定的温度阈值进行判断，若采集的温度值低于温度阈值的下限，则所述加热片通电开始加热，若采集的温度值高于温度阈值的上限，则所述加热片断电停止加热。

一些实施例中，在分离机构的外壳上包覆隔热组件，减少分离机构与空间热环境的热耦合，同时减少所述加热片的加热量向空间漏热。

一些实施例中，在所述连接法兰与所述分离机构的分界面处安装隔热垫，减少分离机构与所述连接法兰之间的热耦合，减少分离机构向连接法兰漏热。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用了被动热控措施与主动热控措施相结合的火工装置热控装置及其热控方法，选用了经过飞行验证的材料和元器件，加热片采用主、备的回路设计保证了热控装置的可靠性；本发明采用加热回路阈值控制的方法，即可以适应分离机构在储存状态的温度条件，又可以保证分离机构在工作状态的温度要求，温度要求适应性好。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明提供的分离机构热控装置及其热控方法的措施实施示意图；

图2为本发明加热片设计装置示意图。

符号说明：

1-隔热组件

2-加热片

3-热敏电阻

4-隔热垫

5-加热片引线

6-热敏电阻引线

7-第一回路引线

8-第二回路引线

9-连接法兰

10-数据采集和控制装置

A-第一分离面

B-第二分离面

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参考图1-图2，本发明提供了一种分离机构热控装置，用于对一分离机构的热量进行控制，该分离机构热控装置包括加热片2、热敏电阻3以及数据采集和控制装置10，此外分离机构热控装置还包括隔热组件1和隔热垫4。

具体的，分离机构内设置有火药区域和解锁机构区域，以及分离机构第一连接面A和第二连接面B的连接处设置有连接法兰。在本实施例中，加热片2通电后为分离机构提供热量，保证分离机构的温度满足温度指标的低温端要求，且加热片2上设置有两个加热回路，如图2所示，其中一个加热回路工作时使用且其上设有第一回路引线7，另一个加热回路作为备份且其上设有第二回路引线8，保证了整个分离机构热控装置的可靠性。加热片2采用聚酰亚胺康铜箔电加热片，当然加热片也可采用其他形式的加热片，可根据具体情况而定，此处不作限制。在分离机构安装到连接法兰上之前即第一分离面A和第二分离面B连接前，将加热片2通过GD414硅橡胶粘贴在分离机构的火药区域和解锁区域的外壳上，当然加热片2也可通过其他形式粘贴到分离机构的外壳上，此处不作限制。

在本实施例中，热敏电阻3选用MF5802型热敏电阻，该热敏电阻使用温度范围为-120℃-100℃，虽然分离机构工作时的温度要求相对较窄，但其在点火工作前会长期处于储存状态，其温度要求相对较宽，MF5802型热敏电阻能够适应储存期间温度状态的测量。当然热敏电阻3也可选择其他形式的热敏电阻，可根据具体情况而定，此处不作限制。在分离机构安装到连接法兰上之前即第一分离面A和第二分离面B连接前，将热敏电阻3通过GD414硅橡胶粘贴在分离机构上，热敏电阻3实现对分离机构温度值的测量，当然热敏电阻3的位置以及粘接方式也可通过其他形式来实现，可根据具体情况而定，此处不作限制。

在本实施例中，分离机构的外部还设置有数据采集和控制装置10，数据采集和控制装置分别通过加热片引线5和热敏电阻引线6与加热片2和热敏电阻3相连，其中加热片引线5和热敏电阻引线6通过多层的粘接面引出与数据采集和控制装置相连。数据采集和控制装置采集热敏电阻3上的温度值，将采集到的温度值与设定的温度阈值进行判断，若采集的温度值低于温度阈值的下限，则加热片2通电开始加热，若采集的温度值高于温度阈值的上限，则加热片2断电停止加热；其中，温度阈值根据具体的空间环境以及分离机构来设定，此处不作限制。

在本实施例中，该分离机构热控装置还包括隔热组件1，隔热组件1包括若干单元依次叠加的多层组件，具体的隔热组件1采用15单元的多层材料叠加而成，每一单元的多层材料包括一层6μm双面镀铝聚酯薄膜和一层锦纶网巾，当然隔热组件1的单元数、结构以及叠加形式等可根据具体情况而定，此处只为举例，不作限制。隔热组件1的外表面上还设有热控膜，该热控膜具体可为F46膜镀银二次表面镜膜或者聚酰亚胺镀铝二次表面镜膜， 当然此处只为举例，不作限制。隔热组件1包覆于分离机构上下部分的外壳上，隔热组件1减少了分离机构与空间热环境的热耦合，同时可以减少加热片2的加热量向空间漏热，从而提高了热量的利用率。

在本实施例中，该分离机构热控装置还包括隔热垫4，隔热垫4设置于连接法兰与分离机构的分界面处，具体如图1中所示。隔热垫4减少了分离机构与连接法兰之间的热耦合，从而减小了分离机构向连接法兰的漏热，从而提高了加热量的利用率。

本发明还提供了一种分离机构热控方法，采用了如上所述的分离机构热控装置，具体步骤如下：

1）在分离机构上安装上加热片，加热片供电后为分离机构提供热量；

2）在分离机构上安装热敏电阻，所述热敏电阻对分离机构的温度值进行测量；

3）在分离机构的外部设置数据采集和控制装置，该数据采集和控制装置采集热敏电阻上的温度值后，将温度值与设定的温度阈值进行判断，若采集的温度值低于温度阈值的下限，则加热片通电开始加热，若采集的温度值高于温度阈值的上限，则加热片断电停止加热；

4)在分离机构的外壳上包覆隔热组件，减少分离机构与空间热环境之间的热耦合，同时减少加热片的加热量向空间漏热；

5)在连接法兰与分离机构的分界面处安装上隔热垫，减少分离机构与连接法兰之间的热耦合，减少分离机构向连接法兰漏热。

综上所述，本发明提供了一种分离机构热控装置及其热控方法，用于对一分离机构的温度量进行控制，该热控装置包括隔热组件、加热片、热敏电阻、隔热垫以及数据采集和控制装置。隔热组件和隔热垫用于减小分离机构分别与空间热环境和连接法兰之间的热耦合，提高了加热量的利用率，加热片供电后为分离机构提供热量，热敏电阻实现分离机构温度值测量，数据采集和控制装置通过将温度测量值与设定的温度阈值进行比较判断，来控制加热片的供电的通断。本发明选用了经过飞行验证的材料和元器件，加热片采用主、备的回路设计保证了热控装置的可靠性，且本发明采用加热回路阈值控制的方法，温度要求适应性好。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管也已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (12)

1.一种分离机构热控装置，用于对一分离机构的温度进行控制，所述分离机构上包括有火药区域和解锁机构区域，其特征在于，所述分离机构热控装置包括：

加热片，设置于所述分离机构的火药区域和解锁机构区域的外壳上，所述加热片为所述分离机构提供热量；

热敏电阻，设置于所述分离机构上，所述热敏电阻对所述分离机构进行温度的测量；

数据采集和控制装置，设置于所述分离机构外部并与所述加热片和所述热敏电阻相连，所述数据采集和控制装置采集所述热敏电阻上的温度值并控制所述加热片供电的通断。

2.根据权利要求1所述的分离机构热控装置，其特征在于，所述加热片上设置有两个加热回路。

3.根据权利要求1或2所述的分离机构热控装置，其特征在于，所述加热片采用聚酰亚胺康铜箔电加热片。

4.根据权利要求1所述的分离机构热控装置，其特征在于，所述热敏电阻采用MF5802型热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的分离机构热控装置，其特征在于，所述分离机构热控装置还包括隔热组件，所述隔热组件包覆于所述分离机构的外壳上，用于降低所述分离机构与空间热环境的热耦合。

6.根据权利要求5所述的分离机构热控装置，其特征在于，所述隔热组件包括若干单元依次叠加的多层材料。

7.根据权利要求6所述的分离机构热控装置，其特征在于，所述多层材料的每个单元包括一层双面镀铝聚酯薄膜和一层锦纶网巾。

8.根据权利要求5所述的分离机构热控装置，其特征在于，所述隔热组件的外表面上设置有F46膜镀银二次表面镜膜或者聚酰亚胺镀铝二次表面镜膜。

9.根据权利要求1或5所述的分离机构热控装置，其特征在于，所述分离机构热控装置还包括隔热垫，所述分离机构连接处设置有连接法兰，所述隔热垫设置于所述连接法兰与所述分离机构的分界面处，所述隔热垫用于减少所述分离机构与所述连接面法兰的热耦合。

10.一种分离机构热控方法，其特征在于，采用如权利要求9所述的分离机构热控装置，所述分离机构热控方法包括以下步骤：

在分离机构上安装上所述加热片，所述加热片供电后为分离机构提供热量；

在分离机构上安装上所述热敏电阻，所述热敏电阻对分离机构的温度值进行测量；

在分离机构的外部设置数据采集和控制装置，所述数据采集和控制装置采集热敏电阻上的温度值后，将温度值与设定的温度阈值进行判断，若采集的温度值低于温度阈值的下限，则所述加热片通电开始加热，若采集的温度值高于温度阈值的上限，则所述加热片断电停止加热。

11.根据权利要求10所述的分离机构热控方法，其特征在于，在分离机构的外壳上包覆隔热组件，减少分离机构与空间热环境的热耦合，同时减少所述加热片的加热量向空间漏热。

12.根据权利要求10或11所述的分离机构热控方法，其特征在于，在所述连接法兰与所述分离机构的分界面处安装隔热垫，减少分离机构与所述连接法兰之间的热耦合，减少分离机构向连接法兰漏热。