CN111964933A - 基于单相流体回路的卫星地面测试舱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱，包括：一个或多个单相流体回路散热系统，每个单相流体回路散热系统中放置一个或多个测试单机；流体管路，被配置为流经所述单相流体回路散热系统，并带走所述单相流体回路散热系统的热量；温度控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路中冷却液的温度；流体控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路中冷却液的流量和流速。

Description

基于单相流体回路的卫星地面测试舱

技术领域

本发明涉及航天应用技术领域，特别涉及一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱。

背景技术

在卫星的研制流程中，需要在地面进行长时间的加电测试以验证卫星单机以及系统的电性能以及相关单机之间的信息交互等，测试完成后进行装星工作，在地面测试的过程中，由于单机在地面测试加电过程中的发热与在轨过程中的发热过程一致。由于地面热环境的限制，在地面测试的过程中的散热条件不利于单机在加电过程中的散热。在卫星研制流程中，需要针对单机地面联合测试的状态下进行单独的热控设计，保证单机在测试过程中的温度范围不超过指标范围。

星载单机在地面测试时，热控分系统需要在地面环境下保证单机工作温度范围不超过单机允许的最高工作温度。根据热力学定律以及地面散热条件，星载单机在桌面联试时其最佳的散热方法为采用对流换热以及导热两种热传导方式，随着卫星技术的不断发展，单机功能以及工作时的热耗不断增长，对于在地面联试时的散热需求也不断增大，此外，为确保单机在轨稳定可靠工作，需要在地面进行足够时间的加电测试对单机的电性能以及系统之间的信息流进行充分的测试。

目前针对星载单机在地面测试时主要采用自然对流方式或者风冷强制对流进行换热，此种换热方式需要在将单机尽可能的平面摆放，在该种情况下进行测试需要占用较大的测试空间，且无法真实模拟星上电缆在不同长度下对单机以及系统性能的影响，一般需要单独生产一套地面测试电缆以匹配在桌面状态下的测试环境，此外，由于测试环境等约束条件的限制，其散热能力有限，无法针对大功率单机进行有效散热，且此种散热方法其散热的调节能力较差，很难满足在不同测试条件下的散热需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱，以解决现有的星载单机在地面测试时散热方式很难满足在不同测试条件下的散热需求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱，包括：

一个或多个单相流体回路散热系统，每个单相流体回路散热系统中放置一个或多个测试单机；

流体管路，被配置为流经所述单相流体回路散热系统，并带走所述单相流体回路散热系统的热量；

温度控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路中冷却液的温度；

流体控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路中冷却液的流量和流速。

可选的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述流体管路分为多个分路后，分别进入各个单相流体回路散热系统；所述流体管路由各个单相流体回路散热系统伸出后，合为一路，连接所述温度控制单元及所述流体控制单元。

可选的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，每个所述单相流体回路散热系统包括多个单机安装板，多个所述单机安装板组合成为一个容置空间以放置所述测试单机；

多个所述单机安装板由结构加强框架进行连接固定。

可选的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述单机安装板包括第一侧板与第二侧板；

所述单机安装板为蜂窝状结构，所述流体管路嵌入蜂窝状结构固定，且所述第一侧板与所述第二侧板夹持固定；

所述流体管路呈“S”形盘绕在所述单机安装板内；或

所述流体管路呈“方形”回路绕在所述单机安装板内。

可选的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述流体管路的横截面形状为“H”形，其两侧翅片分别紧贴于所述第一侧板及所述第二侧板的内表面。

可选的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述温度控制单元包括温度控制器、地面制冷机及温度传感器，

所述地面制冷机用于将所述流体管路内的冷却液的热量带走；

所述温度传感器用于检测所述流体管路内的冷却液的温度，并将检测温度发给温度控制器；

所述温度控制器根据检测温度调节地面制冷机的输出功率，形成所述流体管路中冷却液的温度的闭环控制。

可选的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，每个所述单相流体回路散热系统中布置一个温度传感器及一个地面制冷机，其中：

所述温度传感器检测其所在的单相流体回路散热系统内的冷却液的温度，并将检测温度发给流量控制器；

所述温度控制器将多个检测温度分别与额定温度比较，得到温度调节范围值；

所述地面制冷机根据所述温度调节范围值调节输出功率。

可选的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述流体控制单元包括流量控制器、流量调节阀、地面循环泵、流量传感器、过滤器及储能器，其中：

所述流量调节阀用于调节所述流体管路内的冷却液的流量和流速；

所述地面循环泵用于驱动所述流体管路内的冷却液进行单相流动；

所述流量传感器用于检测所述流体管路内的冷却液的流量和流速，并将检测结果发给流量控制器；

所述流量控制器根据所述检测结果调节所述流量调节阀的开启程度和/或所述地面循环泵的输出功率；

所述过滤器用于滤除所述流体管路内的冷却液中的杂质；

所述储能器用于调节所述流体管路内的压强。

可选的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，每个所述单相流体回路散热系统中布置一个流量传感器及一个流量调节阀，其中：

所述流量传感器检测其所在的单相流体回路散热系统内的冷却液的流量和流速，并将检测结果发给流量控制器；

所述流量调节阀根据其所在的单相流体回路散热系统的检测结果调节开启程度。

在本发明提供的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，通过每个单相流体回路散热系统中放置一个或多个测试单机，流体管路流经所述单相流体回路散热系统并带走所述单相流体回路散热系统的热量，温度控制单元闭环控制所述流体管路中冷却液的温度，流体控制单元闭环控制所述流体管路中冷却液的流量和流速，实现了使用单相流体回路散热技术与地面制冷系统相结合的散热方式，大大提高了系统散热能力以及在测试过程中的温度控制能力；其次通过使用与单机安装舱板相同的结构设计，更加真实的模拟单机及系统的测试状态，减少测试空间。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于单相流体回路的卫星地面测试舱拓扑示意图；

图2是本发明一实施例的基于单相流体回路的卫星地面测试舱安装示意图；

图中所示：1-地面制冷机；2-地面循环泵；3-流量调节阀；4-单机安装板；5-流量传感器；6-储能器；7-过滤器；8-流体管路；10-温度传感器；9-结构加强框架；11-测试单机。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基于单相流体回路的卫星地面测试舱作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本发明的核心思想在于提供一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱，以解决现有的星载单机在地面测试时散热方式很难满足在不同测试条件下的散热需求。

为实现上述思想，本发明提供了一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱，包括：一个或多个单相流体回路散热系统，每个单相流体回路散热系统中放置一个或多个测试单机；流体管路，被配置为流经所述单相流体回路散热系统，并带走所述单相流体回路散热系统的热量；温度控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路中冷却液的温度；流体控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路中冷却液的流量和流速。

传统的卫星单机地面联试时采用自然对流或者强制对流的方式进行散热，采用的散热方式均为风冷方式，本发明提出集中基于单相流体回路与地面制冷机相结合的地面模拟舱的设计方法，利用地面制冷机的为系统提供足够的制冷能力，且系统外形结构设计仿照单机在卫星上的安装方式，在充分散热的前提下并能够更加真实的模拟单机的真实状态。

本实施例提供一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱，如图1所示，包括：一个或多个单相流体回路散热系统，每个单相流体回路散热系统中放置一个或多个测试单机11；流体管路8，被配置为流经所述单相流体回路散热系统，并带走所述单相流体回路散热系统的热量；温度控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路8中冷却液的温度；流体控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路8中冷却液的流量和流速。

具体的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述流体管路8分为多个分路后，分别进入各个单相流体回路散热系统；所述流体管路8由各个单相流体回路散热系统伸出后，合为一路，连接所述温度控制单元及所述流体控制单元。

如图2所示，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，每个所述单相流体回路散热系统包括多个单机安装板4，多个所述单机安装板4组合成为一个容置空间以放置所述测试单机11；多个所述单机安装板4由结构加强框架9进行连接固定。

进一步的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述单机安装板4包括第一侧板与第二侧板；所述单机安装板4为蜂窝状结构，所述流体管路8嵌入蜂窝状结构固定，且所述第一侧板与所述第二侧板夹持固定；所述流体管路8呈“S”形盘绕在所述单机安装板4内；或所述流体管路8呈“方形”回路绕在所述单机安装板4内。

在本发明的一个实施例中，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述流体管路8的横截面形状为“H”形，其两侧翅片分别紧贴于所述第一侧板及所述第二侧板的内表面。

如图1～2所示，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述温度控制单元包括温度控制器、地面制冷机1及温度传感器10，所述地面制冷机1用于将所述流体管路8内的冷却液的热量带走；所述温度传感器10用于检测所述流体管路8内的冷却液的温度，并将检测温度发给温度控制器；所述温度控制器根据检测温度调节地面制冷机1的输出功率，形成所述流体管路8中冷却液的温度的闭环控制。

另外，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，每个所述单相流体回路散热系统中布置一个温度传感器10及一个地面制冷机1，其中：所述温度传感器10检测其所在的单相流体回路散热系统内的冷却液的温度，并将检测温度发给流量控制器；所述温度控制器将多个检测温度分别与额定温度比较，得到温度调节范围值；所述地面制冷机1根据所述温度调节范围值调节输出功率。

在本发明的一个实施例中，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，所述流体控制单元包括流量控制器、流量调节阀3、地面循环泵2、流量传感器5、过滤器7及储能器6，其中：所述流量调节阀3用于调节所述流体管路8内的冷却液的流量和流速；所述地面循环泵2用于驱动所述流体管路8内的冷却液进行单相流动；所述流量传感器5用于检测所述流体管路8内的冷却液的流量和流速，并将检测结果发给流量控制器；所述流量控制器根据所述检测结果调节所述流量调节阀3的开启程度和/或所述地面循环泵2的输出功率；所述过滤器7用于滤除所述流体管路8内的冷却液中的杂质；所述储能器6用于调节所述流体管路8内的压强。

具体的，在所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，每个所述单相流体回路散热系统中布置一个流量传感器5及一个流量调节阀3，其中：所述流量传感器5检测其所在的单相流体回路散热系统内的冷却液的流量和流速，并将检测结果发给流量控制器；所述流量调节阀3根据其所在的单相流体回路散热系统的检测结果调节开启程度。

在一种具体实施方式中，本发明提供基于单相流体回路的地面测试散热舱设计，所述测试散热舱包括单机安装舱板、流体管路、温度控制单元以及流体控制单元，该辐射器的工作过程如下：当测试单机在加电发热时，其热量传导至单机安装板后最终到达流体管路内的工质，工质吸收热量后，在地面循环泵驱动力的驱动下，在流体管路内经过强制对流流动后进去地面制冷机，地面制冷机将工质冷却制冷后循环至单机安装板，制冷后的工质重复吸收单机热量后再次循环至制冷机，通过上述循环，最终实现单机废热的排散。

在本发明提供的基于单相流体回路的卫星地面测试舱中，通过每个单相流体回路散热系统中放置一个或多个测试单机11，流体管路8流经所述单相流体回路散热系统并带走所述单相流体回路散热系统的热量，温度控制单元闭环控制所述流体管路8中冷却液的温度，流体控制单元闭环控制所述流体管路8中冷却液的流量和流速，实现了使用单相流体回路散热技术与地面制冷系统相结合的散热方式，大大提高了系统散热能力以及在测试过程中的温度控制能力；其次通过使用与单机安装舱板相同的结构设计，更加真实的模拟单机及系统的测试状态，减少测试空间。且通过过滤器、储能器确保系统的安全可靠运行。

本发明提供的基于单相流体回路的卫星地面测试舱具有散热能力强、占用空间小、工艺简单、稳定性良好、安全可靠等优点。可广泛用于解决航空、航天以及其他航天器单机地面测试时的散热。

本发明涉及一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱设计，单机安装舱板、流体管路、温度控制单元以及流体控制单元。所述单机安装板为中空蜂窝结构，蜂窝板之间通过结构加强框架进行连接固定，所述流体管道固定设置在蜂窝板内，所述温度控制单元为地面制冷机以及相关调节阀、所述流体控制单元及其附属件包括地面循环泵、传感器、过滤器以及储能器等单元。本发明的测试仓具有散热能力强，控制精度高、稳定性良好、安全可靠等优点。

所述流体管道沿测试舱内发热单机布置。所述流体管道在蜂窝板按照热源分布布置。所述流体管道的两侧布置翅片，与单机安装舱板热耦合安装。所述单机安装板可根据在卫星上的实际状态进行设计。

所述单机安装舱板之间采用铝型材进行固定，所述单机安装舱板内预埋单机安装螺纹孔，所述单机安装舱板可根据实际需求进行扩展并联，所述结构加强框架使用铝合金型材加工。所述单机安装板采用并联方式接入系统，且每路并联管路之前安装流量调节阀。

系统中增加温度和流量传感器，对系统运行状态进行实时监控。例如所述单机安装板内安装测温热敏电阻对单机温度进行监测，通过控制流量调节阀对单机温度进行控制。

所述流体管路按照发热单机安装位置进行适应性布置，与单机良好热接触，所述单机安装板采用并联的方式接入系统，在每个支路设置流量调剂阀，用以调节不同支路流量及散热能力，所述系统增加储能器，维持系统内的压力及稳定运行，所述系统中增加过滤器，对系统内的杂质进行过滤，所述单机安装板粘贴测温热敏电阻，对单机温度进行监测并实时调节流量调节阀流量，所述单机安装板之间安装结构支撑框架，保证系统的力学性能以及安全可靠。

所述测试舱中涉及的测试单机11使用导热硅脂或者其他导热填料的方式与单机安装板4导热安装。在测试单机11加电测试的过程中，其废热传导至通过在流体管道8内流动的换热工质，工质在制冷机1内进行排热冷却后重新循环至测试单机11，完成测试单机11的换热过程。此外，在单机安装板4内表面粘贴温度传感器10对测试单机进行温度检测并反馈至地面制冷机1以及流量调节阀3进行系统温度控制。结构加强框架为保证系统的结构稳定性以及力学性能。流量传感器5、储能器6以及过滤器7在散热系统运行过程中对系统进行监测并保证其安全可靠运行。

综上，上述实施例对基于单相流体回路的卫星地面测试舱的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于单相流体回路的卫星地面测试舱，其特征在于，包括：

一个或多个单相流体回路散热系统，每个单相流体回路散热系统中放置一个或多个测试单机；

流体管路，被配置为流经所述单相流体回路散热系统，并带走所述单相流体回路散热系统的热量；

温度控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路中冷却液的温度；

流体控制单元，被配置为闭环控制所述流体管路中冷却液的流量和流速。

2.如权利要求1所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱，其特征在于，所述流体管路分为多个分路后，分别进入各个单相流体回路散热系统；所述流体管路由各个单相流体回路散热系统伸出后，合为一路，连接所述温度控制单元及所述流体控制单元。

3.如权利要求1所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱，其特征在于，每个所述单相流体回路散热系统包括多个单机安装板，多个所述单机安装板组合成为一个容置空间以放置所述测试单机；

多个所述单机安装板由结构加强框架进行连接固定。

4.如权利要求3所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱，其特征在于，所述单机安装板包括第一侧板与第二侧板；

所述单机安装板为蜂窝状结构，所述流体管路嵌入蜂窝状结构固定，且所述第一侧板与所述第二侧板夹持固定；

所述流体管路呈“S”形盘绕在所述单机安装板内；或

所述流体管路呈“方形”回路绕在所述单机安装板内。

5.如权利要求4所述的星载及地面单相流体回路散热系统，其特征在于，所述流体管路的横截面形状为“H”形，其两侧翅片分别紧贴于所述第一侧板及所述第二侧板的内表面。

6.如权利要求2所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱，其特征在于，所述温度控制单元包括温度控制器、地面制冷机及温度传感器，

所述地面制冷机用于将所述流体管路内的冷却液的热量带走；

所述温度传感器用于检测所述流体管路内的冷却液的温度，并将检测温度发给温度控制器；

所述温度控制器根据检测温度调节地面制冷机的输出功率，形成所述流体管路中冷却液的温度的闭环控制。

7.如权利要求6所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱，其特征在于，每个所述单相流体回路散热系统中布置一个温度传感器，其中：

所述温度传感器检测其所在的单相流体回路散热系统内的冷却液的温度，并将检测温度发给流量控制器；

所述温度控制器将多个检测温度分别与额定温度比较，得到温度调节范围值；

所述地面制冷机根据所述温度调节范围值调节输出功率。

8.如权利要求2所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱，其特征在于，所述流体控制单元包括流量控制器、流量调节阀、地面循环泵、流量传感器、过滤器及储能器，其中：

所述流量调节阀用于调节所述流体管路内的冷却液的流量和流速；

所述地面循环泵用于驱动所述流体管路内的冷却液进行单相流动；

所述流量传感器用于检测所述流体管路内的冷却液的流量和流速，并将检测结果发给流量控制器；

所述流量控制器根据所述检测结果调节所述流量调节阀的开启程度和/或所述地面循环泵的输出功率；

所述过滤器用于滤除所述流体管路内的冷却液中的杂质；

所述储能器用于调节所述流体管路内的压强。

9.如权利要求8所述的基于单相流体回路的卫星地面测试舱，其特征在于，每个所述单相流体回路散热系统中布置一个流量传感器及一个流量调节阀，其中：

所述流量传感器检测其所在的单相流体回路散热系统内的冷却液的流量和流速，并将检测结果发给流量控制器；

所述流量调节阀根据其所在的单相流体回路散热系统的检测结果调节开启程度。

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