CN104850153B - 一种平流层飞艇电子设备舱温度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平流层飞艇电子设备舱温度控制系统及控制方法，控制系统包括相变储热子系统、液体循环子系统和风机冷却子系统；所述相变储热子系统包含相变换热器和安装在相变换热器的热管；所述液体循环子系统包含位于电子设备舱内的换热器、泵和储液器，所述换热器、泵、储液器和相变换热器通过第一管路依次连接形成循环，换热器与高热流密度的电子设备相连；所述风机冷却子系统包含风机和送风管路，所述风机分别与第二管路和第三管路连通，相变换热器位于第二管路上，第三管路与送风管路连通。本发明能防止飞艇在极热天气低空时单一冷源不能满足制冷需求的不利影响，同时能防止飞艇在高空由于大气密度较低而引起的制冷量不足。

Description

一种平流层飞艇电子设备舱温度控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电子设备舱的温度控制系统，具体涉及一种平流层飞艇电子设备舱温度控制系统及控制方法。

背景技术

随着航空航天技术的快速发展和信息化作战概念的不断演化，平流层飞艇其战略价值吸引了越来越多国家的重视。与其他航空航天器相比，平流层飞艇具有耗资小、定点停留时间长、响应快、覆盖区域大等优点。近来，由于平流层飞艇在通讯、监视、防御等领域有着独特的优势，其在军事和民用方面发展较为快速。

然而，平流层飞艇设计的一个关键问题就是机舱设备的热控问题。平流层飞艇的工作高度一般为20km，其环境温度最低可达-56.5℃，如不采取适当的措施，舱内的设备包括电子设备、通讯设备等均无法工作。其次，在飞艇升空过程或者下降过程中若遇到临近地面的环境温度较高，当环境温度大于设备的许可温度时，也会影响设备的使用性能。同时，飞艇在接近20km处，由于大气的密度相对较低，传统的空冷系统会面临质量流量较低而带来的制冷量不足的问题。综上所述，平流层飞艇电子设备舱需要进行整体和局部的热控制，将温度控制在合理的范围，一般取10-35摄氏度，否则其中的电子设备和通讯设备将无法正常工作。鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种结构简单、耗电小、可控性较好的机舱环境控制系统及方法，能够使得平流层飞艇电子设备舱的温度在0至20km均能控制在一个恒定的范围，该技术为平流层飞艇的整体热控提供技术参考。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种平流层飞艇电子设备舱温度控制系统，具有耗电量较少、质量轻、腐蚀性小的优点；能防止飞艇在极热天气低空时单一冷源不能满足制冷需求的不利影响。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种平流层飞艇电子设备舱温度控制系统，包括相变储热子系统、液体循环子系统和风机冷却子系统；

所述相变储热子系统包含相变换热器和安装在相变换热器的热管，相变换热器内部填充有相变材料，热管伸出到电子设备舱外；

所述液体循环子系统包含位于电子设备舱内的换热器、泵和储液器，所述换热器、泵、储液器和相变换热器通过第一管路依次连接形成循环，换热器与高热流密度的电子设备相连；

所述风机冷却子系统包含风机和送风管路，所述风机分别与第二管路和第三管路连通，相变换热器位于第二管路上，第二管路末端伸出到电子设备舱外，第三管路与送风管路连通，送风管路与电子设备舱内连通。

作为优选，所述电子设备舱内设有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，第一温度传感器位于电子设备上，第二温度传感器位于电子设备舱内壁上，第三温度传感器固定在电子设备舱上并伸出舱壁外侧，第二管路和第三管路上分别设有第一阀门和第二阀门，在电子设备舱内安装有控制柜，控制柜分别与第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器、第一阀门和第二阀门连接。

作为优选，所述电子设备舱上安装有泄压阀，外界的风是通过风机送到舱内的，风机是由外向内，泄压阀中气体的流向是由内向外。

作为优选，所述电子设备舱内安装有风扇。

作为优选，所述电子设备舱外表面上安装有保温板。

一种上述的平流层飞艇电子设备舱温度控制系统的控制方法，包含以下步骤：

(1)当飞艇从环境温度较高的低空向上运动时，液体循环子系统、相变储热子系统及风机冷却子系统全部开启；风机将外界环境大气输送至电子设备舱内及相变储热子系统；风扇将送风管输送的冷气吹至电子设备舱的其他部分，形成气流循环，当电子设备舱内压力与舱外压力差大于500Pa时候，泄压阀打开，直到电子设备舱内压力与电子设备舱外压力之差小于500Pa；

(2)当飞艇升至一定高度，电子设备舱外的大气温度较低，当第一温度传感器的温度小于设计值时，控制柜减小第一阀门的开度，当第二温度传感器的温度小于设计值时，控制柜减小第二阀门的开度；

(3)当飞艇再继续往上接近平流层时，由于外界大气密度的降低，相变储热子系统的换热系数降低，电子设备舱内的换热系数也降低，控制柜增大第一阀门和第二阀门的开度，降低电子设备舱的温度；

(4)当飞艇下降时，在平流层中，控制柜减小第一阀门和第二阀门的开度；

(5)当飞艇进入对流层后，电子设备舱外的温度较高，控制柜增大第一阀门和第二阀门的开度，调节电子设备舱内的温度。

有益效果：本发明的平流层飞艇电子设备舱温度控制系统及控制方法，具有耗电量较少、质量轻、腐蚀性小的优点；能防止飞艇在极热天气低空时单一冷源不能满足制冷需求的不利影响，同时能防止飞艇在高空由于大气密度较低而引起的制冷量不足；另外本发明的系统具有结构紧凑、质量轻、价格便宜、可控性好、安全性高等优点。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种平流层飞艇电子设备舱温度控制系统，包括相变储热子系统、液体循环子系统和风机冷却子系统；

所述相变储热子系统包含相变换热器12和安装在相变换热器12的热管5，相变换热器12内部填充有相变材料，热管5伸出到电子设备舱外，通过热管5跟外界环境的辐射换热及对流换热将相变储热子系统内部的热量传递给外界；

所述液体循环子系统包含位于电子设备舱内的换热器2、泵3和储液器4，所述换热器2、泵3、储液器4和相变换热器12通过第一管路101依次连接形成循环，换热器2与高热流密度的电子设备相连；

所述风机冷却子系统包含风机9和送风管路8，所述风机9分别与第二管路102和第三管路103连通，相变换热器12位于第二管路102上，第二管路102末端伸出到电子设备舱外，第三管路103与送风管路8连通，送风管路8与电子设备舱内连通。

在本发明中，所述电子设备舱内第一温度传感器21、第二温度传感器22和第三温度传感器23，第一温度传感器21位于电子设备上，第二温度传感器22位于电子设备舱内壁上，第三温度传感器23固定在电子设备舱上并伸出舱壁外侧，第二管路102和第三管路103上分别设有第一阀门6和第二阀门7，在电子设备舱内安装有控制柜25，控制柜25分别与第一温度传感器21、第二温度传感器22和第三温度传感器23、第一阀门6和第二阀门7连接。

在本发明中，所述电子设备舱上安装有泄压阀11，其作用主要是保证舱内外的压力差在一定的恒定值，保证电子设备舱的安全。所述电子设备舱内安装有风扇10。其作用主要是增强电子设备舱内部的对流换热，使得电子设备舱内的冷气可以分布在舱内所有的地方，不会导致舱内局部过热。所述电子设备舱外表面上安装有保温板1，由于在平流层舱外温度很低，保温板1可以保证舱内温度不至于过低。

一种上述的平流层飞艇电子设备舱温度控制系统的控制方法，包含以下步骤：

(1)当飞艇从环境温度较高的低空向上运动时，液体循环子系统、相变储热子系统及风机冷却子系统全部开启；风机将外界环境大气输送至舱内及相变储热子系统；风扇10将送风管输送的冷气吹至电子设备舱的其他部分，形成气流循环，当舱内压力与舱外压力差大于500Pa时候，泄压阀11打开，直到舱内压力与舱外压力之差小于500Pa；

(2)当飞艇升至一定高度，舱外的大气温度较低，当第一温度传感器21的温度小于设计值时，控制柜25减少第一阀门6的开度，当第二温度传感器22的温度小于设计值时，控制柜25减少第二阀门7的开度；

(3)当飞艇再继续往上接近平流层时，由于外界大气密度的降低，相变储热子系统的换热系数降低，舱内的换热系数也降低，控制柜25增大第一阀门6和第二阀门7的开度，降低电子设备舱的温度；

(4)当飞艇下降时，在平流层中，控制柜25减小第一阀门6和第二阀门7的开度；

(5)当飞艇进入对流层后，舱外的温度较高，控制柜25增大第一阀门6和第二阀门7的开度，调节舱内的温度。

在上述实施例中，平流层飞艇电子设备舱温度控制系统对电源的需求仅发生在风扇10和风机上，因此其耗电量相对较少。同时通过相变储热子系统将低空由于环境大气温度较高引起的冷量较少的问题进行解决，相变储热子系统将热量进行存储而不升高液体循环子系统中制冷介质的温度。同时，相变储热子系统上设计有热管5，热管5能较好的解决高空大气密度较低而引起的制冷量不足，通过热管5跟环境的辐射换热和对流换热可以带走相变储热子系统的一部分热量。上述系统除了相变储热材料不需要额外的携带例如开放式制冷系统所需要的较多的制冷介质，同时该系统中所涉及的冷却介质不具有腐蚀性，对管路的密封要求相对较低，因此其可靠性和安全性更高。电子设备舱电子设备舱

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种平流层飞艇电子设备舱温度控制系统，其特征在于：包括相变储热子系统、液体循环子系统和风机冷却子系统；

所述相变储热子系统包含相变换热器和安装在相变换热器的热管，相变换热器内部填充有相变材料，热管伸出到电子设备舱外；

所述液体循环子系统包含位于电子设备舱内的换热器、泵和储液器，所述换热器、泵、储液器和相变换热器通过第一管路依次连接形成循环，换热器与高热流密度的电子设备相连；

所述风机冷却子系统包含风机和送风管路，所述风机分别与第二管路和第三管路连通，相变换热器位于第二管路上，第二管路末端伸出到电子设备舱外，第三管路与送风管路连通，送风管路与电子设备舱内连通。

2.根据权利要求1所述的平流层飞艇电子设备舱温度控制系统，其特征在于：所述电子设备舱内设有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，第一温度传感器位于电子设备上，第二温度传感器位于电子设备舱内壁上，第三温度传感器固定在电子设备舱上并伸出舱壁外侧，第二管路和第三管路上分别设有第一阀门和第二阀门，在电子设备舱内安装有控制柜，控制柜分别与第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器、第一阀门和第二阀门连接。

3.根据权利要求2所述的平流层飞艇电子设备舱温度控制系统，其特征在于：所述电子设备舱上安装有泄压阀。

4.根据权利要求3所述的平流层飞艇电子设备舱温度控制系统，其特征在于：所述电子设备舱内安装有风扇。

5.根据权利要求1所述的平流层飞艇电子设备舱温度控制系统，其特征在于：所述电子设备舱外表面上安装有保温板。

6.一种权利要求4所述的平流层飞艇电子设备舱温度控制系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)当飞艇从环境温度较高的低空向上运动时，液体循环子系统、相变储热子系统及风机冷却子系统全部开启；风机将外界环境大气输送至电子设备舱内及相变储热子系统；风扇将送风管输送的冷气吹至电子设备舱的其他部分，形成气流循环，当电子设备舱内压力与电子设备舱外压力差大于500Pa时候，泄压阀打开，直到电子设备舱内压力与电子设备舱外压力之差小于500Pa；

(2)当飞艇升至一定高度，电子设备舱外的大气温度较低，当第一温度传感器的温度小于设计值时，控制柜减小第一阀门的开度，当第二温度传感器的温度小于设计值时，控制柜减小第二阀门的开度；

(3)当飞艇再继续往上接近平流层时，由于外界大气密度的降低，相变储热子系统的换热系数降低，电子设备舱内的换热系数也降低，控制柜增大第一阀门和第二阀门的开度，降低电子设备舱的温度；

(4)当飞艇下降时，在平流层中，控制柜减小第一阀门和第二阀门的开度；

(5)当飞艇进入对流层后，舱外的温度较高，控制柜增大第一阀门和第二阀门的开度，调节电子设备舱内的温度。