CN110530543A - 适用于宇航产品的真空除气加热罩装置 - Google Patents

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景加荣
季琨
李灿伦
董栋
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Abstract

本发明提供了一种适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，包括：大门端(100)、中间筒锻(200)以及封头端(300)；大门端(100)与中间筒锻(200)的一端相连，封头端(300)与中间筒锻(200)的另一端相连；大门端(100)、中间筒锻(200)以及封头端(300)包括：复合结构(9)；所述复合结构(9)包括：辐射隔热屏(901)、加热丝(902)、二次热辐射板(903)；其中，所述二次热辐射板(903)位于内侧。本发明的加热罩装置应用于大型卫星结构件的真空除气，一般应用于3吨以上卫星结构件的除气；本发明的加热罩装置具有较高的均温性，控温精度达到±1℃以上。

Description

适用于宇航产品的真空除气加热罩装置
技术领域
本发明涉及真空除气加热罩领域，具体地，涉及一种适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，尤其是一种宇航产品用大型高均温性真空除气加热罩装置。
背景技术
宇航材料自身的真空污染是导致卫星光学器件在轨发生故障或性能衰减的重要因素,也是导致材料表面镀膜或离子沉积过程产生脱落、性能改变的关键因素。现有的除气装置无法对大型卫星结构件，尤其是3吨以上卫星结构件进行真空除气，不具备良好的均温性，从而对于天线等具有较高精度要求的部件造成热变形影响，无法避免宇航材料自身的真空污染对器件造成的损害。
典型的除气装置如专利文献CN106693851A所公开的除气装置，此除气装置包括主体气管、进气管、布气器等。但是，此装置在工作状态时不具备良好的均温性，而且，对于天线等具有较高精度要求的部件容易造成热变形影响，若使用此装置对大型卫星结构件进行除气，无法避免宇航材料自身的真空污染导致的器件故障或性能衰减。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于宇航产品的真空除气加热罩装置。
根据本发明提供的一种适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，包括：大门端100、中间筒锻200以及封头端300；大门端100与中间筒锻200的一端相连，封头端300与中间筒锻200的另一端相连；所述复合结构9包括：大门端100、中间筒锻200以及封头端300这三者中的任一者或者任多者包括：复合结构9；所述复合结构9包括：辐射隔热屏901、加热丝902、二次热辐射板903；辐射隔热屏901、加热丝902、二次热辐射板903依次设置，其中，所述二次热辐射板903位于内侧。
优选地，所述中间筒锻200包括一个或者多个筒锻体；所述多个筒锻体依次连接；筒锻体包括复合结构9。
优选地，所述多个筒锻体包括：第一筒锻体201、第二筒锻体202、第三筒锻体203；第二筒锻体202的长度在中间筒锻200长度中的占比大于40％；中间筒锻200的加热丝902关于中心轴线所形成的角度不大于3°，加热丝902的外径大于或者等于5mm，设计热流密度大于0.4KW/㎡且小于0.8KW/㎡。
优选地，中间筒锻200的筒锻体设置有一个或多个区域，其中，多个区域沿周向均匀分布分别或者非均匀分布。
优选地，中间筒锻200的任一个或者任多个中间筒锻200的筒锻体设置有四个区域，分别记为A区、B区、C区、D区；A区与C区关于第一象限线对称，B区与D区关于第二象限线对称；其中，第一象限线与第二象限线垂直。
优选地，所述加热丝902采用铠装镍铬加热丝。
优选地，辐射隔热屏901采用抛光不锈钢材料；二次热辐射板903表面采取发黑处理，尤其是化学发黑处理；二次热辐射板903内侧表面布置有测温点。
优选地，所述复合结构9包括两层辐射隔热屏901设置为2层；二次热辐射板903选用采用2mm厚的铝合金板。
优选地，所述复合结构9包括：结构支撑件；辐射隔热屏901、加热丝902、二次热辐射板903通过结构支撑件进行连接；所述适用于宇航产品的真空除气加热罩装置还包括：百叶窗301；百叶窗301贯穿设置于封头端300的中心区域。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所提供的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置结构合理，使用便捷；
2、本发明所提供的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置在工作状态时具备良好的均温性；可以有效降低乃至消除对于天线等具有较高精度要求的部件造成热变形影响；
3、本发明所提供的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置可以有效避免宇航材料自身的真空污染导致的器件故障或性能衰减。
附图说明
通过阅读参照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示出加热罩整体结构示意图；
图2示出中间筒锻结构组成图；
图3示出大门端的结构示意图；
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
第一实施例
如图1、图2、图3所示，在本实施例中，本发明提供的一种适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，包括：大门端、中间筒锻以及封头端；大门端与中间筒锻的一端相连，封头端与中间筒锻的另一端相连；具体地，大门端、中间筒锻以及封头端形成封闭的空间；大门端、中间筒锻以及封头端这三者都包括：复合结构；所述复合结构包括：辐射隔热屏、铠装镍铬加热丝、二次热辐射板；辐射隔热屏、铠装镍铬加热丝、二次热辐射板依次设置，其中，所述二次热辐射板位于内侧。
所述多个筒锻体包括：第一筒锻体、第二筒锻体、第三筒锻体；第二筒锻体的长度在中间筒锻长度中的占比大于40％，例如41％；中间筒锻的铠装镍铬加热丝关于中心轴线所形成的角度小于或等于3°，铠装镍铬加热丝的外径大于或者等于5mm，设计热流密度为大于0.4KW/㎡且小于0.8KW/㎡，例如0.41KW/㎡。通过理论分析，影响产品均温性的筒锻主要是两端筒锻(第一筒锻和第三筒锻)，需要对两段筒锻进行特殊控温，因此需要分三段。通过理论分析还发现两端筒锻对产品均温性影响的长度约为总长度的30％左右，也就是说两端筒锻长度应为总长度的30％左右，中间筒锻(第二筒锻)应为总长度的40％左右，优点是该比例分配能够更好的确保产品均温性。此外，本实施例中将中间筒锻设置为三段，是考虑到筒锻长度大于2.5m后，其加工工艺难度较大，运输和装配难度均增大。
中间筒锻的每一个筒锻体设置有四个区域，分别记为A区、B区、C区、D区；A区与C区关于第一象限线对称，B区与D区关于第二象限线对称，例如图2虚线所示；其中，第一象限线与第二象限线垂直。
辐射隔热屏采用抛光不锈钢材料；二次热辐射板表面采取发黑处理，尤其是化学发黑处理；二次热辐射板内侧表面布置有测温点，每个区域在中间位置各布置1个测温点，测温点一般采用四线制PT100，所测温度进入控制系统，采取PID调节的方式对每个分区进行控温。所有结构件在安装前需要去油污，安装过程产生的碎屑应及时清理，但不可以使用有机辅料。
所述复合结构包括两层辐射隔热屏设置；二次热辐射板选用采用2mm厚的铝合金板。
所述复合结构包括：结构支撑件；辐射隔热屏、铠装镍铬加热丝、二次热辐射板通过结构支撑件进行连接；所述适用于宇航产品的真空除气加热罩装置还包括：百叶窗；百叶窗贯穿设置于封头端的中心区域。百叶窗的作用是削弱大门低温热沉对试件均温性影响，同时又能确保污染物通过百叶窗缝隙向低温热沉方向沉积。
铠装镍铬加热丝电源选用大电流直流电源，根据电源能力及加热功率设计铠装镍铬加热丝的阻值和长度，原则上每个筒锻各用1台电源、大门和封头公用一台电源，加热功率按照0.4KW/㎡～0.8KW/㎡进行设计。
将加热罩按照装配要求依次装配至真空容器内。按照每个区域一组PID进行控温调试。
对于由复合材料加工成的卫星结构件，需要将其中的可凝挥发物去除，真空烘烤除气是去除该挥发物的有效手段。真空烘烤除气的原理是，在真空环境下通过对试件进行辐射加热，将试件温度加热到指定温度，试件内的挥发物在热和真空作用下逐渐挥发至真空容器空间内，挥发物遇到较低温度的金属壁面后将凝结在该表面，从而实现了对结构件去除可凝挥发物的功能。具体地，在一个实施例中，将本发明置于真空容器内，通过容器连接的真空获取真空环境，通过铠装加热丝提供热量，通过封头端内部的吸收冷屏(通有液氮)凝结挥发物。大门端100、中间筒锻200以及封头端300依次通过连接件固定在真空容器的大门、筒锻和封头之上。大门端自外(靠近容器壁侧)向内分别为：辐射隔热屏、加热丝、二次辐射屏，二次辐射屏采用双面发黑的铝合金材料；筒锻分为三段，分别为第一筒锻、第二筒锻和第三筒锻，三段筒锻依次拼接在一起，三段筒锻在结构上自外(靠近容器壁侧)向内分别为：辐射隔热屏、加热丝、二次辐射屏，二次辐射屏采用双面发黑的铝合金材料；封头端自外(靠近容器壁侧)向内分别为：辐射隔热屏、吸附冷屏(通液氮)、二次辐射屏，二次辐射屏采用双面发黑的铝合金材料，二次辐射屏中间部分开孔，孔内区域安装百叶窗。
本发明的加热罩装置应用于大型卫星结构件的真空除气，一般应用于3吨以上卫星结构件的除气；本发明的加热罩装置具有较高的均温性，控温精度达到±1℃以上。
第二实施例
第二实施例是第一实施例的变化例，在第二实施例中，所述多个筒锻体包括：第一筒锻体、第二筒锻体、第三筒锻体、第四筒锻体、第五筒锻体；第三筒锻体的长度在中间筒锻长度中的占比为41％；中间筒锻的铠装镍铬加热丝关于中心轴线所形成的角度等于3°，铠装镍铬加热丝的外径等于5mm，设计热流密度0.41KW/㎡。
第三实施例
第三实施例是第一实施例的变化例，在第三实施例中，主要变化在于，第二筒锻体的长度在中间筒锻长度中的占比为60％；中间筒锻的铠装镍铬加热丝关于中心轴线所形成的角度等于3°，铠装镍铬加热丝的外径等于5mm，设计热流密度为0.79KW/㎡。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，包括：大门端(100)、中间筒锻(200)以及封头端(300)；
大门端(100)与中间筒锻(200)的一端相连，封头端(300)与中间筒锻(200)的另一端相连；
大门端(100)、中间筒锻(200)以及封头端(300)这三者中的任一者或者任多者包括：复合结构(9)；
所述复合结构(9)包括：辐射隔热屏(901)、加热丝(902)、二次热辐射板(903)；辐射隔热屏(901)、加热丝(902)、二次热辐射板(903)依次设置，其中，所述二次热辐射板(903)位于内侧。
2.根据权利要求1所述的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，所述中间筒锻(200)包括一个或者多个筒锻体；
其中，所述多个筒锻体依次连接；
筒锻体包括复合结构(9)。
3.根据权利要求2所述的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，所述多个筒锻体包括：第一筒锻体(201)、第二筒锻体(202)、第三筒锻体(203)；
第二筒锻体(202)的长度在中间筒锻(200)长度中的占比大于40％；
中间筒锻(200)的加热丝(902)关于中心轴线所形成的角度不大于3°，加热丝(902)的外径大于或者等于5mm，设计热流密度大于0.4KW/㎡且小于0.8KW/㎡。
4.根据权利要求2所述的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，中间筒锻(200)的筒锻体设置有一个或多个区域；
其中，多个区域沿周向均匀分布分别或者非均匀分布。
5.根据权利要求4所述的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，中间筒锻(200)的任一个或者任多个中间筒锻(200)的筒锻体设置有四个区域，分别记为A区、B区、C区、D区；
A区与C区关于第一象限线对称，B区与D区关于第二象限线对称；
其中，第一象限线与第二象限线垂直。
6.根据权利要求1所述的一种适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，所述加热丝(902)采用铠装镍铬加热丝。
7.根据权利要求1所述的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，辐射隔热屏(901)采用抛光不锈钢材料；
二次热辐射板(903)表面采取发黑处理；
二次热辐射板(903)内侧表面布置有测温点。
8.根据权利要求1所述的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，所述复合结构(9)包括两层辐射隔热屏(901)；
二次热辐射板(903)选用采用2mm厚的铝合金板。
9.根据如权利要求1所述的适用于宇航产品的真空除气加热罩装置，其特征在于，所述复合结构(9)包括：结构支撑件；
辐射隔热屏(901)、加热丝(902)、二次热辐射板(903)通过结构支撑件进行连接；
所述适用于宇航产品的真空除气加热罩装置还包括：百叶窗(301)；
百叶窗(301)贯穿设置于封头端(300)的中心区域。
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