CN105065855A - 一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构 - Google Patents

一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构 Download PDF

Info

Publication number
CN105065855A
CN105065855A CN201510423830.XA CN201510423830A CN105065855A CN 105065855 A CN105065855 A CN 105065855A CN 201510423830 A CN201510423830 A CN 201510423830A CN 105065855 A CN105065855 A CN 105065855A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat insulation
insulation layer
layer
air cooling
density
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510423830.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105065855B (zh
Inventor
王丽红
王田刚
冶文莲
李延娜
陈叔平
赵拓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Original Assignee
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology filed Critical Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority to CN201510423830.XA priority Critical patent/CN105065855B/zh
Publication of CN105065855A publication Critical patent/CN105065855A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105065855B publication Critical patent/CN105065855B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/02—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials
    • F16L59/029—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials layered
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/02—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials
    • F16L59/028—Composition or method of fixing a thermally insulating material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)

Abstract

本发明的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，安装于低温贮箱外部，其关键技术在于，该基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构包括：聚氨酯泡沫绝热层和变密度绝热层；其中，聚氨酯泡沫绝热层粘贴于低温贮箱外壁上；变密度绝热层包覆在聚氨酯泡沫绝热层外壁上；且：变密度绝热层由厚度相等的三层组成，从聚氨酯泡沫绝热层外壁开始依次为低密度层、中密度层、高密度层，且依次由8层绝热层、14层绝热层、20层绝热层加工而成。被动地减少了航天器低温贮箱的漏热，将低温贮箱的漏热量降到最低，从而减少了低温推进剂蒸发，延长了航天器在轨寿命；而且该绝热结构还具有质量轻的优点。

Description

一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构
技术领域
本发明属于航天器低温贮箱隔热技术领域，尤其涉及一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构。
背景技术
低温推进剂无损存储对未来深空探测任务的不断深入具有举足轻重的作用。低温推进剂沸点低，无论是在近地轨道还是月球或者火星表面，蒸发均不可避免。低温推进剂蒸发导致贮箱内压力升高，对贮箱造成破坏性风险。因此，对低温推进剂的蒸发进行有效控制，实现零蒸发存储是目前低温推进剂存储技术急需解决的关键问题之一。实现低温推进剂零蒸发存储的主要途径有主动热转移技术和被动绝热技术。主动热转移技术是利用低温贮箱和制冷机的耦合，移出漏入低温系统的热量，以实现低温推进剂零蒸发存储；被动绝热技术是通过改进低温贮箱绝热形式来减小漏热，从而提高贮箱绝热效果。
现有的被动绝热技术直接在低温贮箱外包覆一定密度的多层绝热层，在该多层绝热层外加一层金属外壳，在低温贮箱和金属外壳之间抽真空。金属外壳与低温贮箱之间焊接密封。其利用金属外壳与低温贮箱之间的夹层为其低温贮箱提供真空环境，但是该金属外壳的重量不可忽视，对于航天器整体质量要求的满足提出了难题。多层绝热层在真空情况下的辐射传热时起到降低漏热的作用，但是在地面上时，多层绝热层不能起到隔热的作用，这时会出现漏热问题。在太空的高真空情况下，多层绝热层可以起到降低辐射隔热作用，但该现有的多层绝热层的密度为固定的，若要起到很好的降低辐射隔热作用就要增加多层绝热层的密度，但是这样会绝热结构的整体重量增加，不能满足航天器的质量和成本要求，即在质量和隔热效果的矛盾问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，被动地减少了航天器低温贮箱的漏热，将低温贮箱的漏热量降到最低，从而减少了低温推进剂蒸发，延长了航天器在轨寿命；而且该绝热结构还具有质量轻的优点。
本发明的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，安装于低温贮箱外部，其关键技术在于，该基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构包括：聚氨酯泡沫绝热层和变密度绝热层；
其中，聚氨酯泡沫绝热层粘贴于低温贮箱外壁上；变密度绝热层包覆在聚氨酯泡沫绝热层外壁上；
且：变密度绝热层由厚度相等的三层组成，从聚氨酯泡沫绝热层外壁开始依次为低密度层、中密度层、高密度层，且依次由8层绝热层、14层绝热层、20层绝热层加工而成。
进一步的，在变密度绝热层的中密度区的第七层绝热层与第八层绝热层之间设置气冷屏；
低温贮箱的颈管从低温贮箱入口处插入，并与低温贮箱焊接密封；气冷屏两端与颈管上设置的翅片焊接，该气冷屏的材料为铝。
进一步的，气冷屏为光屏结构。
进一步的，所述聚氨酯泡沫绝热层中聚氨酯泡沫在77～300K温区的密度约为30-46kg/m3，导热系数约为0.018-0.026W/(m·K)。
进一步的，每一层绝热层均包括辐射层材料与间隔层材料；所述辐射层材料为铝箔或双面镀铝薄膜，所述间隔层材料为尼龙网。
有益效果：
1.本基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构无金属外壳，减少了绝热结构的质量；
2.本基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构增加了聚氨酯泡沫绝热层，其密度小、质量轻，在航天器地面停放、发射上升阶段既能发挥绝热作用，也不会影响绝热结构的质量。
3.本基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构设计了新的变密度绝热层，其密度沿温度升高方向依次增高，在高真空环境下能够满足隔热作用，而且相比较现有技术中的定密度的多层隔热层的质量大大减小。
4.本基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构增设气冷屏，通过颈管中的低温气体将气冷屏冷却，在航天器地面停放、发射上升、在轨运行阶段均能发挥绝热作用。
附图说明
图1为本发明的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构包括：聚氨酯泡沫绝热层3、变密度绝热层4、气冷屏5；
在低温贮箱2外粘贴一层聚氨酯泡沫绝热层3，在聚氨酯泡沫绝热层3外部包覆一层变密度绝热层4；
聚氨酯泡沫绝热层3的导热系数低，主要在航天器地面停放、发射上升阶段发挥绝热作用，所述聚氨酯泡沫绝热层中聚氨酯泡沫在77～300K温区的密度约为30-46kg/m3，导热系数约为0.018-0.026W/(m·K)。
变密度绝热层4的每一层均包括辐射层材料与间隔层材料，辐射层材料为吸收系数小、反射系数大的铝箔或双面镀铝薄膜；间隔层材料为结构疏松、导热系数小的尼龙网。所述变密度绝热层4采用三层密度结构，从贮箱2外壁开始(温度升高方向)依次为低密度区、中密度区、高密度区；三层依次由8层/cm、14层/cm、20层/cm加工而成；且加工后的三层厚度相等，均为总厚度的1/3。
进一步，在变密度绝热层4的中密度区的之间设置气冷屏5，该气冷屏材料为铝，且为光屏结构。效果较好的，在变密度绝热层4的中密度区的第七层绝热层与第八层绝热层之间设置气冷屏5。
气冷屏5的两端与颈管1翅片焊接，通过颈管1中的低温气体将气冷屏5冷却。因此在航天器地面停放、发射上升、在轨运行阶段均能发挥绝热作用。
加工工序包括：首先，将聚氨酯泡沫材料涂敷在低温贮箱壁上；其次，将变密度绝热层低密度区材料及一半中密度区材料逐层包裹在聚氨酯泡沫绝热层上；随后，将气冷屏紧贴变密度绝热层挂在低温贮箱颈管翅片上；最后，将变密度绝热层一半中密度区材料及高密度区材料逐层包裹在气冷屏上。其中，在聚氨酯泡沫绝热层及气冷屏上包覆变密度绝热层材料时，先包间隔层材料，再包辐射层材料。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，安装于低温贮箱(2)外部，其特征在于，该基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构包括：聚氨酯泡沫绝热层(3)和变密度绝热层(4)；
其中，聚氨酯泡沫绝热层(3)粘贴于低温贮箱(2)外壁上；变密度绝热层(4)包覆在聚氨酯泡沫绝热层(3)外壁上；
且：变密度绝热层(4)由厚度相等的三层组成，从聚氨酯泡沫绝热层(3)外壁开始依次为低密度层、中密度层、高密度层，且依次由8层绝热层、14层绝热层、20层绝热层加工而成。
2.如权利要求1所述的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，其特征在于，在变密度绝热层(4)的中密度区的第七层绝热层与第八层绝热层之间设置气冷屏(5)；
低温贮箱(2)的颈管(1)从低温贮箱(2)入口处插入，并与低温贮箱(2)焊接密封；气冷屏(5)两端与颈管(1)上设置的翅片焊接，该气冷屏(5)的材料为铝。
3.如权利要求1所述的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，其特征在于，气冷屏(5)为光屏结构。
4.如权利要求1所述的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，其特征在于，所述聚氨酯泡沫绝热层(3)中聚氨酯泡沫在77～300K温区的密度约为30-46kg/m3，导热系数约为0.018-0.026W/(m·K)。
5.如权利要求1所述的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，其特征在于，每一层绝热层均包括辐射层材料与间隔层材料；所述辐射层材料为铝箔或双面镀铝薄膜，所述间隔层材料为尼龙网。
CN201510423830.XA 2015-07-17 2015-07-17 一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构 Active CN105065855B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510423830.XA CN105065855B (zh) 2015-07-17 2015-07-17 一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510423830.XA CN105065855B (zh) 2015-07-17 2015-07-17 一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105065855A true CN105065855A (zh) 2015-11-18
CN105065855B CN105065855B (zh) 2017-10-13

Family

ID=54495301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510423830.XA Active CN105065855B (zh) 2015-07-17 2015-07-17 一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105065855B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108386656A (zh) * 2018-03-13 2018-08-10 北京卫星环境工程研究所 用于超低温冷板的漏热防护装置和方法
CN109268625A (zh) * 2018-11-23 2019-01-25 中国运载火箭技术研究院 一种低温轻质低导热率复合绝热结构
CN110081303A (zh) * 2019-05-17 2019-08-02 中国科学院理化技术研究所 一种液化气体存储装置
CN112721375A (zh) * 2020-12-29 2021-04-30 松湖神健科技(东莞)有限公司 一种辐射致冷复合织物、制备方法及装置
CN113757554A (zh) * 2021-09-09 2021-12-07 兰州空间技术物理研究所 一种空间低温贮箱多重复合绝热层
CN114183685A (zh) * 2021-10-25 2022-03-15 中国运载火箭技术研究院 一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构
CN114923114A (zh) * 2022-05-25 2022-08-19 中太(苏州)氢能源科技有限公司 一种多层低温液氢储罐

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2536885Y (zh) * 2001-02-27 2003-02-19 钟培辉 改性聚氨酯泡沫塑料深冷绝热新型结构层
CN201228850Y (zh) * 2008-07-10 2009-04-29 上海海事大学 一种液化天然气绝热保温装置
CN103277630A (zh) * 2013-05-17 2013-09-04 上海交通大学 一种变密度配置的多层低温绝热结构

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2536885Y (zh) * 2001-02-27 2003-02-19 钟培辉 改性聚氨酯泡沫塑料深冷绝热新型结构层
CN201228850Y (zh) * 2008-07-10 2009-04-29 上海海事大学 一种液化天然气绝热保温装置
CN103277630A (zh) * 2013-05-17 2013-09-04 上海交通大学 一种变密度配置的多层低温绝热结构

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.HEDAYAT等: "Variable Density Multilayer Insulation for Cryogenic Storage", 《AIP CONFERENCE PROCEEDINGS》 *
张安等: "基于Lockheed模型的变密度多层绝热理论分析与实验", 《真空与低温》 *
朱浩唯等: "变密度多层绝热的理论分析", 《低温工程》 *
朱浩唯等: "真空多层绝热性能测试装置及初步实验验证", 《低温工程》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108386656A (zh) * 2018-03-13 2018-08-10 北京卫星环境工程研究所 用于超低温冷板的漏热防护装置和方法
CN109268625A (zh) * 2018-11-23 2019-01-25 中国运载火箭技术研究院 一种低温轻质低导热率复合绝热结构
CN110081303A (zh) * 2019-05-17 2019-08-02 中国科学院理化技术研究所 一种液化气体存储装置
CN110081303B (zh) * 2019-05-17 2024-04-19 中国科学院理化技术研究所 一种液化气体存储装置
CN112721375A (zh) * 2020-12-29 2021-04-30 松湖神健科技(东莞)有限公司 一种辐射致冷复合织物、制备方法及装置
CN113757554A (zh) * 2021-09-09 2021-12-07 兰州空间技术物理研究所 一种空间低温贮箱多重复合绝热层
CN114183685A (zh) * 2021-10-25 2022-03-15 中国运载火箭技术研究院 一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构
CN114183685B (zh) * 2021-10-25 2023-12-12 中国运载火箭技术研究院 一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构
CN114923114A (zh) * 2022-05-25 2022-08-19 中太(苏州)氢能源科技有限公司 一种多层低温液氢储罐

Also Published As

Publication number Publication date
CN105065855B (zh) 2017-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105065855A (zh) 一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构
US10913232B2 (en) Cellular load-responsive multilayer insulation
US6347719B1 (en) Light weight hydrogen tank
US8881398B2 (en) Method and apparatus for insulating a refrigeration appliance
KR101257361B1 (ko) 진공 단열체 및 그 제조방법
CN104554822B (zh) 一种多层空心夹层充气舱体
KR101148684B1 (ko) 초전도 케이블
CN110758776B (zh) 一种低温推进剂在轨零蒸发被动绝热贮箱
US20140272252A1 (en) Systems and methods for providing insulation
CN113757554B (zh) 一种空间低温贮箱多重复合绝热层
US9958105B1 (en) Low thermally conductive spacer for hot and cold feedline insulation
Haberbusch et al. Thermally optimized zero boil-off densified cryogen storage system for space
RU2379777C2 (ru) Сверхпроводящий кабель
CN111396741A (zh) 一种液氦容器
WO2022267417A1 (zh) 用于高温超导电缆的高真空多层柔性绝热管及制造方法
US11417925B2 (en) Noble gas based low profile self-inflatable insulation for high altitude application of Li-ion battery pack
Xiaodai et al. Thermal performance study for hybrid SOFI and MLI system used in space
US4044911A (en) Heat insulation system
CN206657672U (zh) 户外用耐磨防寒新型电缆
CN109578753B (zh) 一种用于空间站的高效绝热存储装置及结构
KR20080104801A (ko) 에어로젤을 이용한 ｌｎｇ운반선의 절연 구조
Shu et al. Developments in advanced and energy saving thermal isolations for cryogenic applications
Rong et al. Thermal Study on LNG Cargo Tank
CN204640969U (zh) 平流层浮空器蒙皮
McGrew A comparative study of airborne liquid-hydrogen tank insulation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant