CN103662111B - 热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置 - Google Patents
热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，包括：结构化碳化硅吸波组件1、控温系统2、吸波箱体3和固定安装板4，固定安装板4连接至吸波箱体3内表面，控温系统2设置在吸波箱体3和固定安装板4之间与固定安装板4连接，结构化碳化硅吸波组件1连接至固定安装板4内表面。本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，集外热流模拟功能与吸波功能于一体，避免了对航天器产品内部结构的改装与重组，实现了真空环境下大比率微波的吸收，有效防止微波反射回产品表面。能够以真实在轨的热耦合状态进行真空热试验模拟，提高试验可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及真空环境下外热流模拟技术领域，具体地,涉及一种热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置。
背景技术
航天器在发射之前，需要在地面空间环境模拟设备内进行空间冷黑背景下的真空热试验。地面空间环境模拟设备内的热沉、红外加热笼、红外灯阵及试验工装等全部是金属材料，金属材料对于微波具有很好的反射效果。在不采取任何措施的情况下，航天器产品直接在空间环境模拟设备内发射微波，必然有很大比率反射回航天器产品表面，如果反射回的微波功率超过一定量，就有可能阻塞航天器产品接收通道甚至造成损坏。为避免上述情况发生，装有微波发射功能的航天器在真空热试验前，需对产品内部结构进行改装，接有线负载，由负载吸收微波功率，试验后在重新组装产品结构。这样的改装存在以下缺点：
1）随着新一代航天器产品的复杂化，产品越来越细小，改装工作更加困难，即使可以改装，由于结构细小脆弱，改装中产品面临不可预估的风险，改装前后状态难以保证。正在预研的新一代产品复杂度大大提高，产品的改装不可接收或不可以改装，因此，目前改装航天器难以满足真空热试验中微波测试的需求；
2)航天器产品接有线负载，导致产品试验状态和在轨工作状态不一致；产品微波功率由负载吸收，由于22%左右的微波辐射能量在负载上转化为热能，造成产品热状态失真，无法考察热效应对于产品热设计的影响。如果仅以目前有线负载模式进行真空热试验，将会使产品之间的耦合作用消失，无法对产品的性能充分考核，因此航天器热平衡或热真空试验时，必须采取在轨工作状态的工作模式，这样才能更全面地对热控设计和可靠性进行考核。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，该装置集外热流模拟功能与吸波功能于一体，避免了对航天器产品内部结构的改装与重组，实现了真空环境下大比率微波的吸收，有效防止微波反射回产品表面。能够以真实在轨的热耦合状态进行真空热试验模拟，提高试验可靠性。
根据本发明的一个方面，提供一种热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，包括：结构化碳化硅吸波组件1、控温系统2、吸波箱体3和固定安装板4，固定安装板4连接至吸波箱体3内表面，控温系统2设置在吸波箱体3和固定安装板4之间与固定安装板4连接，结构化碳化硅吸波组件1连接至固定安装板4内表面。
优选地，结构化碳化硅吸波组件1为多个结构化碳化硅吸波单元组成的阵列结构，结构化碳化硅吸波单元包括结构化基体12和吸波尖锥，吸波尖锥与结构化基体12连接，结构化基体12与固定安装板4连接。
优选地，结构化碳化硅吸波组件1与固定安装板4通过滑道结构连接，其中，结构化基体12上设置有滑道，固定安装板4上设置有与滑道匹配的槽道。
优选地，控温系统2包括加热装置21、多个温度传感器22和加热涂层23，加热装置21和各温度传感器22均设置在固定安装板4，且加热装置21分别与各温度传感器22连接，加热涂层23均匀喷涂于固定安装板4和加热装置21表面。
优选地，吸波尖锥包括实心吸波尖锥11和空心吸波尖锥13，实心吸波尖锥11和空心吸波尖锥13间隔设置，空心吸波尖锥13的空心内设置有温度传感器22。
优选地，结构化碳化硅吸波单元采用耐高温的碳化硅材料制成。
优选地，加热装置21由薄膜电加热片并联或串联组成。
优选地，温度传感器22为铜-康铜热电偶。
优选地，加热涂层23为耐高温黑漆。
优选地，固定安装板4采用铝合金材料制成，吸波箱体3采用高强度不锈钢材料制成。优选地，所述吸波箱体3采用高强度的不锈钢材料制作。
本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，集外热流模拟功能与吸波功能于一体，避免了对航天器产品内部结构的改装与重组，实现了真空环境下大比率微波的吸收，有效防止微波反射回产品表面。能够以真实在轨的热耦合状态进行真空热试验模拟，提高试验可靠性。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，通过其结构化碳化硅吸波组件可有效地吸收航天器产品发射的微波，并通过控温系统对吸波组件进行温度控制，通过吸波组件的辐射实现产品表面的外热流模拟。即本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置将外热流模拟功能与吸波功能一体化组合设计，因此，本发明不需要将航天器产品进行改装，在真空热试验时与在轨工作状态一致，对在轨真实状态进行性能考核，使得试验更完整。
（2）本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，避免了目前有线模式真空热试验后产品的重新改装风险及无法进行真空考核带来的不完备性的风险。
（3）本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，解决了真空热试验中红外加热笼等外热流模拟装置的不可吸波性，以及目前有线模式获取产品的温度与在轨温度数据的差异的难题。
（4）本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置使得真空热试验中产品温度数据更接近在轨工作状态，试验完整性更好。
（5）本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，结构化碳化硅吸波组件相对于其他吸波材料，无老化、无污染、温度稳定性好和真空适应性更好。
附图说明
通过以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置的主视图；
图2是本发明实施例的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置的结构化碳化硅吸波组件、控温系统和固定安装板的连接关系示意图；
图3是本发明实施例的结构化碳化硅吸波组件的结构剖视图；
图4是本发明实施例的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置的俯视图。
图中：1为结构化碳化硅吸波组件，2为控温系统，3为吸波箱体，4为固定安装板，11为实心吸波尖锥，12为结构化基体，13为空心吸波尖锥，21为加热装置，22为温度传感器，23为加热涂层。
具体实施方式
以下将结合图1～图4对本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置作进一步的详细描述。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
请同时参阅图1至图4，一种热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，包括：结构化碳化硅吸波组件1、控温系统2、吸波箱体3和固定安装板4，固定安装板4连接至吸波箱体3内表面，控温系统2设置在吸波箱体3和固定安装板4之间与固定安装板4连接，结构化碳化硅吸波组件1连接至固定安装板4内表面。
进一步地，结构化碳化硅吸波组件1为多个结构化碳化硅吸波单元组成的阵列结构，结构化碳化硅吸波单元包括结构化基体12和吸波尖锥，吸波尖锥与结构化基体12连接，结构化基体12与固定安装板4连接。具体地，结构化碳化硅吸波组件1与固定安装板4通过滑道结构连接，其中，结构化基体12上设置有滑道，固定安装板4上设置有与滑道匹配的槽道。
进一步地，控温系统2包括加热装置21、多个温度传感器22和加热涂层23，加热装置21和各温度传感器22均设置在固定安装板4，且加热装置21分别与各温度传感器22连接，加热涂层23均匀喷涂于固定安装板4和加热装置21表面。
进一步地，吸波尖锥包括实心吸波尖锥11和空心吸波尖锥13，实心吸波尖锥11和空心吸波尖锥13间隔设置，空心吸波尖锥13的空心内设置有温度传感器22。
更为具体地，结构化碳化硅吸波单元采用耐高温的碳化硅材料制成；加热装置21由薄膜电加热片并联或串联组成；温度传感器22为铜-康铜热电偶；加热涂层23为耐高温黑漆；固定安装板4采用铝合金材料制成，吸波箱体3采用高强度不锈钢材料制成，固定安装板4通过螺钉安装于吸波箱体3内表面。
具体地，本发明的工作原理如下：结构化碳化硅吸波组件1可有效吸收真空热试验中航天器产品产生的微波，并通过固定安装板4内部传导将微波转化的热量传递到空间冷黑背景，避免了红外加热笼等金属材料对微波的反射，造成产品性能损坏的影响；控温系统2通过加热装置21和温度传感器22对固定安装板4进行温度精确控制，通过热量的传导将能量传递到结构化碳化硅吸波组件1的外表面，即精确控制结构化碳化硅吸波组件1外表面温度，通过结构化碳化硅吸波组件1表面辐射能量来模拟航天器产品表面的空间外热流。
如图2所示，结构化碳化硅吸波组件1通过滑道结构设计接口与固定安装板4连接，形成大面积的吸波阵面；控温系统2均匀分布在固定安装板4另一侧，通过与航天器产品和真空冷黑背景的热量交换，精确模拟产品表面的空间外热流及将微波能量传递到真空冷黑背景。
如图3所示，结构化碳化硅吸波组件1为多个结构化碳化硅吸波单元组成的阵列结构，结构化碳化硅吸波单元包括吸波尖锥和结构化基体12。结构化基体12采用滑道设计结构，便于与所述固定安装板4的安装。吸波尖锥包括间隔设置的实心吸波尖锥11和空心吸波尖锥13两种结构，空心吸波尖锥13尖部用于温度传感器22的安装，其余为实心吸波尖锥11。结构化碳化硅吸波组件1满足指定微波频段内的吸波性能要求，吸波尖锥的尺寸（吸波尖锥的高度和夹角）设计与产品微波频段内的最小频率对应的波长和吸波性能指标有关。
参见图4，控温系统2包括加热装置21、温度传感器22和加热涂层23组成；加热装置21为加热片的串联或并联组成，均匀分布于固定安装板4的表面；在固定安装板4的适当位置布置温度传感器22；在固定安装板4的表面粘贴好加热装置21和温度传感器22后，喷涂加热涂层23，加热涂层23可将微波转化的热量传递到真空冷黑背景中。本发明的控温系统2通过加热装置21、温度传感器22和加热涂层23可实现结构化碳化硅吸波组件1温度的精确控制，通过控制不同的温度，达到航天器产品不同外热流的模拟要求。
本发明的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，集外热流模拟功能与吸波功能于一体，避免了对航天器产品内部结构的改装与重组，实现了真空环境下大比率微波的吸收，有效防止微波反射回产品表面。能够以真实在轨的热耦合状态进行真空热试验模拟，提高试验可靠性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，包括：结构化碳化硅吸波组件(1)、控温系统(2)、吸波箱体(3)和固定安装板(4)，所述固定安装板(4)连接至所述吸波箱体(3)内表面，所述控温系统(2)设置在所述吸波箱体(3)和固定安装板(4)之间与所述固定安装板(4)连接，所述固定安装板(4)包括与所述控温系统(2)连接的侧面和与该侧面相对的内侧面，所述结构化碳化硅吸波组件(1)连接至所述固定安装板(4)的内侧面。
2.根据权利要求1所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述结构化碳化硅吸波组件(1)为多个结构化碳化硅吸波单元组成的阵列结构，所述结构化碳化硅吸波单元包括结构化基体(12)和吸波尖锥，所述吸波尖锥与所述结构化基体(12)连接，所述结构化基体(12)与所述固定安装板(4)连接。
3.根据权利要求2所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述结构化碳化硅吸波组件(1)与所述固定安装板(4)通过滑道结构连接，其中，所述结构化基体(12)上设置有滑道，所述固定安装板(4)上设置有与所述滑道匹配的槽道。
4.如权利要求2所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述控温系统(2)包括加热装置(21)、多个温度传感器(22)和加热涂层(23)，所述加热装置(21)和各温度传感器(22)均设置在所述固定安装板(4)，且所述加热装置(21)分别与所述各温度传感器(22)连接，所述加热涂层(23)均匀喷涂于所述固定安装板(4)和加热装置(21)表面。
5.如权利要求4所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述吸波尖锥包括实心吸波尖锥(11)和空心吸波尖锥(13)，所述实心吸波尖锥(11)和空心吸波尖锥(13)间隔设置，所述空心吸波尖锥(13)的空心内设置有温度传感器(22)。
6.如权利要求2所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述结构化碳化硅吸波单元采用耐高温的碳化硅材料制成。
7.如权利要求4所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述加热装置(21)由薄膜电加热片并联或串联组成。
8.如权利要求4所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述温度传感器(22)为铜-康铜热电偶。
9.如权利要求4所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述加热涂层(23)为耐高温黑漆。
10.如权利要求1所述的热真空环境下的吸波控温型外热流模拟装置，其特征在于，所述固定安装板(4)采用铝合金材料制成，所述吸波箱体(3)采用高强度不锈钢材料制成。
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