CN108791962B - 一种应用于卫星的智能调节热辐射器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种适用于卫星的智能调节热辐射器，其包括一热管蒸发段1、一热管柔性段2、一热管冷凝段3、一蒸发段翅片4、一冷凝段翅片5、一TiNi双程记忆合金片6、一铰片7、一卫星结构板8、一安装螺钉9、和一多层隔热材料10。

Description

一种应用于卫星的智能调节热辐射器
技术领域
本申请涉及航天应用领域的热辐射器，特别涉及一种智能调节热辐射器。
背景技术
卫星在轨运行中，需要将星内发热量向空间排散，从而将卫星的温度控制在允许的范围内，保障星内单机的正常工作。而卫星在轨时，外热流和内热耗的变化是存在高温工况和低温工况的。各个工况下，卫星对散热能力的需求也是不一样的。同时卫星上载荷器件的功耗密度水平也越来越高。在有限的卫星表面积的基础上寻求更大的散热能力，则需要通过展开辐射器的方式拓展散热面积。
一般的卫星选用其本身结构表面的一块区域作为散热面，对该区域喷涂低吸收/发射比(αs/εh)的热控涂层。该种散热面的散热面能力与设计的区域面积相关。卫星上天后，其散热能力是固定不调节的。所以要求设计散热面区域时，必须包括高温工况下的最大散热需求；而在低温工况下，散热面的过量散热能力，只能通过星上加热来补偿，非常浪费星上能源。
现有的一些空间热辐射器主要是通过有源泵来驱动回路热管的传热方式，从而将星内热量传递至拓展散热面，且展开散热面的散热角度不能智能调整，从而在低温工况时会面临冷端工质的冷冻及解冻问题，整体结构也较复杂，可靠性低，不太适合小尺寸的卫星。
因此，本领域急需一种应用于卫星的新型智能调节热辐射器。其可以感知温度的变化，并自动驱动和调整散热面的开合角度，从而变化散热能力以适应不同工况下的热负荷。整个过程不需要传统的温度测点和有源动力，也不需要人工干预，完全无源和智能控制，且具有高可靠性。
发明内容
本申请之目的在于提供一种应用于卫星的智能调节热辐射器。
为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。
本申请提供一种适用于卫星的智能调节热辐射器，其包括一热管蒸发段1、一热管柔性段2、一热管冷凝段3、一蒸发段翅片4、一冷凝段翅片5、一TiNi双程记忆合金片6、一铰片7、一卫星结构板8、一安装螺钉9、和一多层隔热材料10。
其中所述热管蒸发段1和所述热管冷凝段3通过所述热管柔性段2相连，并位于同一根柔性热管上；
其中所述热管蒸发段1通过所述蒸发段翅片4与卫星结构板相连并吸收卫星结构板上的热量；
其中所述冷凝段翅片5与所述热管冷凝段3一体成型；
其中所述TiNi双程形状记忆合金片6随着温度升高，可以从90度弯曲状态逐渐变化到180度平直状态；
其中所述多层隔热材料10贴覆在辐射器外侧；以及
其中所述智能调节热辐射器可包括多根所述柔性热管。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于本申请采用铰片安装固定的扩展散热面，通过柔性热管将星内热耗传递至拓展散热面。采用双程形状记忆合金自动感知温度变化，及智能调整扩展散热面的开合角度，从而满足卫星在不同工况下的散热需求。
附图说明
图1为本申请的智能调节热辐射器的结构示意图。
图2为本申请的智能调节热辐射器安装在卫星上的示意图(闭合状态)。
图3为本申请的智能调节热辐射器的半开状态。
图4为本申请的智能调节热辐射器的全开状态以及散热示意图。
附图标记说明：1-热管蒸发段；2-热管柔性段；3-热管冷凝段；4-蒸发段翅片；5-冷凝段翅片；6-TiNi双程记忆合金片；7-铰片；8-卫星结构板；9-安装螺钉；10-多层隔热材料。
具体实施方式
下面将结合附图以及本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。
为了增大卫星散热能力，本申请采用铰片安装固定的扩展散热面，通过柔性热管将星内热耗传递至拓展散热面。采用双程形状记忆合金自动感知温度变化，及智能调整扩展散热面的开合角度，从而满足卫星在不同工况下的散热需求。
如图1所示，本申请的智能调节热辐射器至少包括：热管蒸发段(1)、热管柔性段(2)、热管冷凝段(3)、蒸发段翅片(4)、冷凝段翅片(5)、TiNi双程记忆合金片(6)、铰片(7)、卫星结构板(8)、安装螺钉(9)、和多层隔热材料(10)。
图1所示是本具体实施方式所述智能调节热辐射器的结构示意图。图1仅示意性的标示出各部件的相对位置关系，并不代表实际结构。
所述热管蒸发段(1)用于吸收卫星结构板上的热量，管内的工质吸收热量，并由液态变为气态。
所述热管柔性段(2)连接热管的蒸发段和冷凝段，并满足热管从90度至180度的柔性弯曲功能。
气态工质遇冷在所述热管冷凝段(3)冷凝成液态，并释放之前储存的潜热，完成热量传递过程，冷凝后的液态工质顺着热管内的毛细芯流回蒸发段。
蒸发段翅片(4)提供热管蒸发段与卫星结构板之间的导热安装接触平面，并用来安装和固定热管。
冷凝段翅片(5)与热管的冷凝段一体成型，将热管冷凝段的热量扩展至较大面积的翅片上，从而扩大卫星的散热面积。翅片内表面喷涂低吸收/发射比(αs/εh)的热控涂层，用于将传递过来的星内热量散发出去。
TiNi双程形状记忆合金片(6)有两种不同的记忆形状，当温度高于30度时，呈平直状态；随着温度降低，逐渐弯曲；当温度低于20度时，呈90度弯曲状态。该TiNi双程形状记忆合金片通过螺钉固定在卫星舱板上，随着舱板和热管的温度变化，其形状会在90度弯曲和平直状态间逐渐变化。因此通过对温度变化的感应，自动驱动和变化热管冷凝段的张开角度，从而调整卫星在不同工况下的散热能力。
铰片(7)用于约束热管的冷凝段及其翅片的转动，并在地面环境下，负责固定及承重作用。
卫星结构板(8)用于安装固定整个智能调节辐射器装置，并负责传递星内热源的热量。
安装螺钉(9)通过螺钉固定安装TiNi双程记忆片。
多层隔热材料(10)贴覆在辐射器的外侧，将热辐射器与外空间之间进行热隔离，在热辐射器关闭时，起到保温作用。
在本申请可以采用至少一根柔性热管，即智能调节散热装置可以由一根或多根柔性热管组成，当需要散热的热量较大或者尺寸较大时，可以选用多根柔性热管并联连接。
在本申请的一个实施方式中，所述智能调节热辐射器包括一根柔性热管，如图1所示，所述柔性热管的两端为刚性的蒸发段和冷凝段，中间为柔性可弯曲段。热管内的工质通过在蒸发段的汽化吸热及冷凝段的液化放热来完成热量的传递，以及通过管内的毛细芯来完成工质的回流循环。
所述智能调节热辐射器还包括TiNi双程形状记忆合金片(6)来驱动热辐射器的开闭，该TiNi双程形状记忆合金片有两种不同的记忆形状，当温度高于约30度时，呈平直状态；当温度低于约20度时，呈90度弯曲状态。该TiNi双程形状记忆合金片固定在卫星舱板上，随着舱板和热管的温度变化，其形状会在90度弯曲和平直状态间逐渐变化。因此通过对温度变化的感应，自动驱动和变化热管冷凝段的张开角度，从而调整卫星在不同工况下的散热能力。
所述TiNi双程形状记忆合金片的约束固定装置采用多个螺钉的安装固定方式，在其他实施方式中本发明所述连接装置也可以采用卡箍以及其它便于连接的形式结构。
在本申请的另一个实施方式中，扩展散热面采用与热管冷凝段一体成型的翅片，简化结构，且提高传热效率。
在辐射器的外侧可贴覆多层隔热组件，将热辐射器与外空间之间进行热隔离，且在热辐射器关闭时，起到保温作用。
图2为该智能调节热辐射器安装在卫星上的示意图，此时温度较低，热辐射器处于闭合状态，外围均包覆多层隔热组件，此时无对外散热面，整体处于保温状态。
图3为该智能调节热辐射器半开状态，此时温度逐渐升高，TiNi双程形状记忆合金片的形状发生缓慢变化，驱动扩展散热面逐渐向外展开。
图4为该智能调节热辐射器全开状态及散热示意图，此时星内温度高于TiNi的马氏体相变温度，TiNi双程形状记忆合金片变化为高温平直形状，驱动扩展散热面完全展开。此时星内的热量通过柔性热管传递至热管冷端翅片上，并向冷黑空间环境进行辐射散热。同时因为辐射器的展开，星内器件对冷黑空间环境也有了一定的散热角系数，同时可以直接向外散热，此时整个系统处于最大散热状态。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于卫星的智能调节热辐射器，其特征在于，其包括一热管蒸发段(1)、一热管柔性段(2)、一热管冷凝段(3)、一蒸发段翅片(4)、一冷凝段翅片(5)、一TiNi双程记忆合金片(6)、一铰片(7)、一卫星结构板(8)、一安装螺钉(9)、和一多层隔热材料(10)，其中所述热管蒸发段(1)通过所述蒸发段翅片(4)与卫星结构板(8)相连并吸收卫星结构板(8)上的热量，并且所述热管蒸发段(1)和所述热管冷凝段(3)通过所述热管柔性段(2)相连并位于同一根柔性热管上，并且冷凝段翅片(5)与热管冷凝段(3)一体成型以用于将热管冷凝段(3)的热量扩展至冷凝段翅片(5)上，并且所述多层隔热材料(10)贴覆在智能调节热辐射器外侧，其中铰片(7)连接卫星结构板(8)和冷凝段翅片(5)以用于约束热管冷凝段(3)和冷凝段翅片(5)的转动，并且TiNi双程记忆合金片(6)的两端分别通过安装螺钉(9)安装在卫星结构板(8)和冷凝段翅片(5)上，其中随着温度变化，所述TiNi双程记忆合金片(6)的形状在90度弯曲和平直状态间逐渐变化，以便通过对温度变化的感应自动驱动和变化热管冷凝段(3)的张开角度。
2.如权利要求1所述的智能调节热辐射器，其特征在于，所述TiNi双程形状记忆合金片(6)随着温度升高，可以从90度弯曲状态逐渐变化到180度平直状态。
3.如权利要求1所述的智能调节热辐射器，其特征在于，所述智能调节热辐射器包括多根所述柔性热管。
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