CN112284172A - 空间辐射散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间辐射散热器，包括辐射基板、传热流体管网以及柔性流体输运机构，所述传热流体管网、柔性流体输运机构都安装在辐射基板上且柔性流体输运机构连接传热流体管网，所述辐射基板包括上辐射面板、下辐射面板以及蜂窝夹层，所述蜂窝夹层设置在上辐射面板和下辐射面板之间。本发明采用铝蜂窝夹层、高平面度铝板与流体管网的复合结构，所述上辐射面板和下辐射面板上粘贴低退化率玻璃二次表面镜，面板结构稳定性高，玻璃二次表面镜不易开裂、失效，使辐射散热器维持长期高效稳定工作；双回路并行绕排传热流体管网提高了辐射基板温度均匀性和散热能力，柔性流体输运机构使辐射器远离航天器进行双面散热，提高了散热效率，实用性强。

Description

空间辐射散热器

技术领域

本发明涉及航天器热控技术领域，具体地，涉及一种空间辐射散热器。

背景技术

流体回路是航天器热控制的重要技术手段，其功能是将航天器内部的废热进行收集、传输，并最终通过辐射散热器等排散到外部太空，实现航天器的综合热管理。

传统辐射散热器为单层铝合金板与流体管路、热管集成的方式，辐射器刚度低，表面不平整，不利于粘贴低退化率的玻璃型二次表面镜；管路为光管，管内对流换热系数低，增加了管路长度，造成压降损耗、辐射器重量以及空间碎片撞击概率增大；管路多采用单回路串联等间距排布方式，温度不均匀性高，辐射器散热能力低；管路与热管耦合排布，不仅增加了辐射器重量，降低了辐射器可靠性，而且限制了辐射器的工作温度范围；辐射器无柔性流体输运机构，散热面易受星体遮挡，单位质量辐射器散热量低。

专利文献CN102944256A公开了一种适用于太阳同步轨道空间光学遥感器的辐射散热器，由辐冷板、地球屏、太阳屏、侧屏组成，太阳屏对太阳辐射热流进行屏蔽，同时兼做该侧的地球红外热流屏蔽，地球屏对地球红外和太阳反照热流进行屏蔽，三角形侧屏用来屏蔽来自该方向的地球热流。在实际应用当中，根据遥感器具体的姿态和受照角度安装屏蔽屏，可实现对全部或大部分来自太阳和地球方向外热流的屏蔽，本设计主要通过屏蔽来自太阳的辐射热，并不能很好的解决航天器内部废热的排散。

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空间辐射散热器。

根据本发明提供的一种空间辐射散热器，包括辐射基板、传热流体管网以及柔性流体输运机构；

所述传热流体管网、柔性流体输运机构都安装在所述辐射基板上且所述柔性流体输运机构连接所述传热流体管网。

优选地，所述辐射基板包括上辐射面板、下辐射面板以及蜂窝夹层；

所述蜂窝夹层设置在所述上辐射面板和下辐射面板之间。

优选地，所述传热流体管网采用双回路并行的蛇形结构布置，所述传热流体管网安装在所述上辐射面板和下辐射面板之间且嵌入到所述蜂窝夹层中。

优选地，所述传热流体管网采取强化换热措施，所述强化换热措施包括管外双翅片强化传热结构、管内双孔通道的拓展槽道结构，其中，所述传热流体管网采用铝合金材质，所述双孔通道内工质为全氟三乙胺。

优选地，所述传热流体管网通过预埋铰链安装座安装在所述蜂窝夹层上并在所述传热流体管网的周向填充发泡胶。

优选地，所述传热流体管网、预埋铰链安装座、蜂窝夹层与上辐射面板、下辐射面板采用J-47C胶膜胶接，胶接后上辐射面板、下辐射面板每200㎜×200㎜平面度优于0.1mm。

优选地，所述传热流体管网、预埋铰链安装座、蜂窝夹层与上辐射面板、下辐射面板胶接前进行磷酸阳极化处理。

优选地，所述上辐射面板、下辐射面板的外表面分别粘接玻璃二次表面镜。

优选地，所述柔性流体输运机构包括预埋铰链安装座、铰链、第一管路以及第二管路；

所述预埋铰链安装座安装在辐射基板的内部并用于支撑所述传热流体管网；

所述第一管路、第二管路的一端分别连接所述传热流体管网的管网进口、管网出口，所述第一管路、第二管路的另一端连接单相流体回路集热模块，其中，所述第一管路、第二管路沿从一端到另一端的方向上依次形成柔性关节、膨胀节，其中所述柔性关节分别为所述第一管路、第二管路所形成的盘管结构，所述膨胀节分别为所述第一管路、第二管路所形成的弯曲结构。

优选地，所述上辐射面板、下辐射面板均采用铝合金蒙皮。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用铝蜂窝夹层、高平面度铝板与流体管网的复合结构，构造了一种结构与功能相结合的轻量化高刚度基板，两个大面上粘贴低退化率玻璃二次表面镜，面板结构稳定性高，玻璃二次表面镜不易开裂、失效，使辐射散热器维持长期高效稳定工作。

2、本发明通过均匀或非均匀排布嵌装在两层面板之间铝蜂窝夹层内的传热流体管网，采用双回路并行绕排方式，可提高辐射基板温度均匀性，提升辐射器散热能力，管路采用双翅片强化传热结构，管内设计有强化对流换热微流道，兼具降低热阻，减少管路长度，减轻辐射器质量的功效，显著降低了流体管路遭受空间碎片与微流星撞击，产生泄漏而引起单点失效的概率。

3、本发明中柔性流体输运机构可使辐射器远离航天器进行双面散热，减小辐射器与星体间角系数，提高辐射器散热效率，大大增加了设备的实用性。

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是本发明中空间辐射散热器的结构示意图；

图2是本发明中传热流体管网的布置示意图；

图3是本发明中传热流体管网中管路横截面的结构示意图；

图4是本发明中柔性流体输运机构的结构示意图。

图中示出：

辐射基板1 弯头22 铰链33

上辐射面板11 管网进口23 膨胀节34

下辐射面板12 管网出口24 压紧杆35

蜂窝夹层13 柔性流体输运机构3 第一管路36

传热流体管网2 预埋铰链安装座31 第二管路37

直管段21 柔性关节32

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。

本发明提供了一种高刚度、高稳定性、轻量化、大功率的空间辐射散热器，能够承受特定运行轨道空间碎片与微流星的撞击，同时本发明能够作为空间泵驱单相流体回路系统的散热组件，以实现对航天器大功率设备的低温控制，如图1所示，包括辐射基板1、传热流体管网2以及柔性流体输运机构3，所述传热流体管网2安装在所述辐射基板1的内部且所述传热流体管网2的管网进口23、管网出口24延伸到所述辐射基板1的外部，所述柔性流体输运机构3安装在所述辐射基板1的外部并与所述传热流体管网2上的管网进口23、管网出口24连接。

进一步地，所述辐射基板1为高刚度质量比的高效辐射基板，在一个优选例中，辐射基板1的面积优选大于3m²，所述辐射基板1包括上辐射面板11、下辐射面板12以及蜂窝夹层13，所述蜂窝夹层13设置在所述上辐射面板11和下辐射面板12之间，所述传热流体管网2、预埋铰链安装座31、蜂窝夹层13与上辐射面板11、下辐射面板12采用J-47C胶膜胶接，所述胶膜厚度0.15mm，胶接后上辐射面板11、下辐射面板12每200㎜×200㎜平面度优于0.1mm。

具体地，所述传热流体管网2采用双回路并行的蛇形结构布置，如图2所示，采取强化换热措施，如图3所示，所述的强化换热措施包括管外双翅片强化传热结构，管内双孔通道的拓展槽道结构、纵向涡发生器、球形凹坑、球形突起，所述的拓展槽道包括“V”型微槽道、矩形微槽道、梯形微槽道、内螺纹，所述传热流体管网2整体均匀或非均匀排布嵌装在上辐射面板11和下辐射面板12之间的铝蜂窝夹层13内。

进一步地，所述双孔热管均采用铝合金材质，优选采用6063铝合金，6063铝合金质轻且具有高的抗风压性能、装配性能和耐蚀性能，所述双孔热管的中部双孔内工质采用全氟三乙胺，所述传热流体管网2弯曲部位采用氩弧焊焊接弯头22，所述传热流体管网2的管网进口23、管网出口24分别焊接连接头，所述连接头为带有球头的管路连接件或带一端带有锥面的管路连接件，为硬密封结构，安装时优选采用氩弧焊连接。

具体地，所述传热流体管网2安装在所述蜂窝夹层13内并在所述传热流体管网2的周向填充发泡胶，使传热流体管网2固定更加牢靠，同时也有一定的防振缓冲作用。

具体地，所述传热流体管网2、预埋铰链安装座31、蜂窝夹层13与上辐射面板11、下辐射面板12胶接前进行磷酸阳极化处理，阳极化处理是指金属材料在电解质溶液中，通过外施阳极电流使其表面形成氧化膜的一种材料保护技术，又称表面阳极氧化，经过表面阳极化处理后，耐蚀性、硬度、耐磨性、绝缘性、耐热性均大幅度提高。

如图4所示，所述柔性流体输运机构3包括预埋铰链安装座31、铰链33、压紧杆35、第一管路36以及第二管路37，所述预埋铰链安装座31安装在辐射基板1的内部并用于支撑所述传热流体管网2，所述第一管路36、第二管路37的一端分别连接所述传热流体管网2的管网进口23、管网出口24，所述第一管路36、第二管路37的另一端连接单相流体回路集热模块，单相流体回路集热模块提供流体循环流动的中间空间，所述第一管路36、第二管路37分别通过所述压紧杆35压紧固定，其中，所述第一管路36、第二管路37沿从一端到另一端的方向上依次形成柔性关节32、膨胀节34，其中所述柔性关节32分别为所述第一管路36、第二管路37弯曲缠绕所形成的环形盘管结构，所述膨胀节34分别为所述第一管路36、第二管路37所形成的弯曲结构，在管路热胀冷缩的过程中防止管路断裂或损坏。

具体地，所述上辐射面板11、下辐射面板12均采用铝合金蒙皮，优选采用2A12-T4铝合金，厚度为0.8㎜，2A12-T4为铝－铜－镁系中的典型高硬铝合金，综合性能较好，强度高，有一定的耐热性，热处理强化效果显著。所述上辐射面板11、下辐射面板12分别粘接玻璃二次表面镜，玻璃二次表面镜具有低的太阳光吸收率和高的红外辐射率，帮助维持空间飞行器正常的工作温度，其中，玻璃二次表面镜优选采用601胶粘贴至蒙皮表面，601胶配合强度高，适合于配对的表面。

上面对本申请的基本实施例进行了说明，下面结合基本实施例的优选例和/或变化例，对本申请进行更为具体的说明。

本发明提供了一种空间辐射散热器，如图1所示，包括辐射基板1、传热流体管网2以及柔性流体输运机构3，所述传热流体管网2安装在所述辐射基板1的内部，所述柔性流体输运机构3安装在所述辐射基板1的外部并与所述传热流体管网2上的管网进口23、管网出口24连接。

上辐射面板11、下辐射面板12为0.8mm厚的铝合金蒙皮，材料为2A12-T4铝合金，长1898mm，宽1600mm，蜂窝夹层13为5A02正六边形有孔耐久蜂窝，高度为24.1mm。

传热流体管网2为双回路并行绕排布置，直管段21管内为矩形微槽道强化换热结构，固体区域211材质为Al6063铝合金，流体区域212工质为全氟三乙胺，全氟三乙胺对热和各种化学品及金属材料具有高度稳定性，且具有良好的润滑及耐磨性，含氟惰性液体。

直管段21在转弯处通过氩弧焊焊接弯头22，管网进口23、管网出口24焊接球头硬密封结构。

传热流体管网2、预埋铰链安装座31均预埋在蜂窝夹层13内，并用J-47D发泡胶补强，J-47D是一种中温固化结构泡沫胶，有效的增强了传热流体管网2在蜂窝夹层13内固定的牢固性和稳定性。

传热流体管网2、预埋铰链安装座31、蜂窝夹层13与上辐射面板11、下辐射面板12胶接前进行磷酸阳极化处理。

传热流体管网2、预埋铰链安装座31、蜂窝夹层13与上辐射面板11、下辐射面板12采用J-47C胶膜胶接，J-47胶是主要成分为环氧树脂、丁腈橡胶、改性胺类固化剂的胶液或胶膜，J-47C胶专用于结构件的粘接，粘接强度高，工艺性能良好，胶膜厚度0.15mm，胶接后上辐射面板11、下辐射面板12每200㎜×200㎜平面度优于0.1mm。

上辐射面板11、下辐射面板12的外表面采用601胶粘玻璃二次表面镜。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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 (10)

1.一种空间辐射散热器，其特征在于，包括辐射基板(1)、传热流体管网(2)以及柔性流体输运机构(3)；

所述传热流体管网(2)、柔性流体输运机构(3)都安装在所述辐射基板(1)上且所述柔性流体输运机构(3)连接所述传热流体管网(2)。

2.根据权利要求1所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述辐射基板(1)包括上辐射面板(11)、下辐射面板(12)以及蜂窝夹层(13)；

所述蜂窝夹层(13)设置在所述上辐射面板(11)和下辐射面板(12)之间。

3.根据权利要求2所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述传热流体管网(2)采用双回路并行的蛇形结构布置，所述传热流体管网(2)安装在所述上辐射面板(11)和下辐射面板(12)之间且嵌入到所述蜂窝夹层(13)中。。

4.根据权利要求3所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述传热流体管网(2)采取强化换热措施，所述强化换热措施包括管外双翅片强化传热结构、管内双孔通道的拓展槽道结构，其中，所述传热流体管网(2)采用铝合金材质，所述双孔通道内工质为全氟三乙胺。

5.根据权利要求2或权利要求3所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述传热流体管网(2)通过预埋铰链安装座(31)安装在所述蜂窝夹层(13)上并在所述传热流体管网(2)的周向填充发泡胶。

6.根据权利要求5所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述传热流体管网(2)、预埋铰链安装座(31)、蜂窝夹层(13)与上辐射面板(11)、下辐射面板(12)采用J-47C胶膜胶接，胶接后上辐射面板(11)、下辐射面板(12)每200㎜×200㎜平面度优于0.1mm。

7.根据权利要求5所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述传热流体管网(2)、预埋铰链安装座(31)、蜂窝夹层(13)与上辐射面板(11)、下辐射面板(12)胶接前进行磷酸阳极化处理。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述上辐射面板(11)、下辐射面板(12)的外表面分别粘接玻璃二次表面镜。

9.根据权利要求1所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述柔性流体输运机构(3)包括预埋铰链安装座(31)、铰链(33)、第一管路(36)以及第二管路(37)；

所述预埋铰链安装座(31)安装在辐射基板(1)的内部并用于支撑所述传热流体管网(2)；

所述第一管路(36)、第二管路(37)的一端分别连接所述传热流体管网(2)的管网进口(23)、管网出口(24)，所述第一管路(36)、第二管路(37)的另一端连接单相流体回路集热模块，其中，所述第一管路(36)、第二管路(37)沿从一端到另一端的方向上依次形成柔性关节(32)、膨胀节(34)，其中所述柔性关节(32)分别为所述第一管路(36)、第二管路(37)所形成的盘管结构，所述膨胀节(34)分别为所述第一管路(36)、第二管路(37)所形成的弯曲结构。

10.根据权利要求1所述的空间辐射散热器，其特征在于，所述上辐射面板(11)、下辐射面板(12)均采用铝合金蒙皮。

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