CN114455098B - 载人月球车热控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载人月球车热控系统及方法，热控系统包括：第一散热板，第一散热板内设有第一传热工质；第二散热板，展收驱动机构控制第二散热板与第一散热板之间处于展开状态或收拢状态；第一传热模块，第一传热模块设于第一散热板内；第二传热模块，第二传热模块设于第二散热板上；传热连接机构，第一传热模块与第二传热模块之间通过传热连接机构连接构成闭合传热回路。本发明提供的载人月球车热控系统，集成度高，将相变蓄热、闭合传热回路传热、辐射散热、散热面防尘等多项功能集于一体，实现了相变装置和载人月球车的集成设计，简化了载人月球车舱内设备的安装和布局，提高了发热设备到第一传热工质的传热效率。

Description

载人月球车热控系统及方法

技术领域

本发明涉及航天器热控制技术领域，具体地，涉及载人月球车热控系统及方法。

背景技术

月面热环境极端复杂，月球表面昼夜温差大，且昼夜周期达到29天左右，月昼期间月表温度随太阳高度角升高而增大，最高达到120℃。载人月球车行驶速度较快，由于行驶过程中月尘扬起较高，月尘的太阳吸收比较大（0.91），月尘落在散热面上使得散热面太阳吸收比大幅增加，大幅降低了散热面向外界的散热性能，使得月球车热量排散困难而失效。传统的载人月球车为防止月尘对散热面的影响设计的防尘罩仅具有防尘功能而不具有散热功能，月球车停止后仅靠顶板散热面进行散热，散热效率较低，需要等待较长时间才能实现整车热量的排散。另外，传统载人月球车采用的相变蓄热装置为独立的模块，通过铜编织带与发热设备连接实现热量的储存，该种方式传热效率低，且相变蓄热装置占用了设备安装空间，不利于设备的布局和热量的高效传递。

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载人月球车热控系统及方法。

本发明第一方面提供了一种载人月球车热控系统，包括：

第一散热板，所述第一散热板包括相背设置的散热面、设备安装面，所述设备安装面与载人月球车上的发热设备之间传热连接；所述第一散热板内填充有第一传热工质；

第二散热板，所述第二散热板与设于所述载人月球车上的展收驱动机构连接，所述展收驱动机构控制所述第二散热板与所述第一散热板之间处于展开状态或收拢状态；

第一传热模块，所述第一传热模块设于所述蜂窝板内，所述第一传热模块与所述第一传热工质传热连接；

第二传热模块，所述第二传热模块设于所述第二散热板上；

传热连接机构，所述第一传热模块与所述第二传热模块之间通过所述传热连接机构连接构成闭合传热回路，所述第一传热模块和所述第二传热模块内均设有第二传热工质，所述第二传热工质在所述闭合传热回路内流动。

在本发明的一实施例中，所述第一传热模块为第一翅片管组，所述第二传热模块为第二翅片管组；

所述传热连接机构包括第一连接件和第二连接件；

所述第一翅片管组的输出端与所述第二翅片管组的输入端通过所述第一连接件连通，所述第二翅片管组的输出端与所述第一翅片管组的输入端之间通过所述第二连接件连通。

在本发明的一实施例中，所述第一连接件为第一软管。

在本发明的一实施例中，所述第二连接件包括输送泵组和储液器，所述第二翅片管组的输出端、所述储液器、所述输送泵组、所述第一翅片管组的输入端通过输送管道依次连通。

在本发明的一实施例中，所述第二翅片管组的输出端与所述储液器之间的输送管道为第二软管。

在本发明的一实施例中，所述第一翅片管组包括至少一个第一翅片管，所述第二翅片管组包括至少一个第二翅片管。

在本发明的一实施例中，所述第一散热板包括蜂窝板、分别设于所述蜂窝板相背两面的第一传热板、第二传热板；所述第一传热板背离所述蜂窝板的一面为所述散热面，所述第二传热板背离所述蜂窝板的一面为所述设备安装面；

所述蜂窝板具有蜂窝结构，所述的第一传热工质填充于所述蜂窝结构内，所述蜂窝内还设有用于容纳所述第一传热模块的腔体；

所述第一散热板还包括避免所述第一传热工质通过所述蜂窝结构泄漏至所述第一散热板外的密封件。

在本发明的一实施例中，所述第一散热板的散热面上设有第一热控涂层；

所述第二散热板的一面设有第二热控涂层、相背的另一面设有所述第二传热模块，所述第二散热板上设有所述第二传热模块的一面上还可拆卸设有防尘隔热层；

所述第一热控涂层和所述第二热控涂层均具有低太阳吸收比及高红外发射率；

所述第二散热板与所述第一散热板之间处于收拢状态时，所述第二热控涂层位于所述第一热控涂层正上方。

本发明第二方面提供了一种载人月球车热控方法，应用于上述的载人月球车热控系统，包括：

载人月球车行驶过程中，所述第一散热板与所述第二散热板之间处于收拢状态，所述闭合传热回路停止运行，所述第一散热板内的所述第一传热工质接受载人月球车上的发热设备产生的热量；

载人月球车停止行驶时，所述第一散热板与所述第二散热板之间处于展开状态，所述闭合传热回路开始运行，所述第二传热工质在所述闭合传热回路中流动，所述第二传热工质吸收所述第一传热工质的热量，所述第二传热工质的热量通过所述第一散热板、所述第二散热板、所述第一传热模块、所述第二传热模块中的至少一个进行散热。

与现有技术相比，本发明的实施例具有如下的有益效果：

1、本发明实施例提供的载人月球车热控系统，集成度高，将相变蓄热、闭合传热回路散热、辐射散热、防尘于一体，实现了相变装置和载人月球车的集成设计，简化了载人月球车舱内设备的安装和布局，提高了发热设备到第一传热工质的传热效率。

2、本发明实施例提供的载人月球车热控系统，在载人月球车进行行驶时，闭合传热回路停止运行，通过第一传热工质进行相变蓄热，同时通过第二散热板实现对第一散热板上的散热面（第一热控涂层、第二热控涂层）的防尘，载人月球车停止时，闭合传热回路开始运行，第二传热工质在闭合传热回路中进行流动，实现大面积辐射散热（通过第一散热板、第二散热板进行辐射散热），大幅提高了载人月球车停车时的散热能力，使第一传热工质所蓄热量尽快排散，减小了停车散热时间，提高了月球车作业效果。

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为第一散热板与第二散热板之间处于展开状态时载人月球车热控系统的结构示意图；

图2为第一散热板与第二散热板之间处于收拢状态时载人月球车热控系统的结构示意图。

各标记与部件名称对应关系如下：

第一散热板1、第一翅片管2、密封端框3、第一传热工质4、输送泵组5、第一软管6、第二软管7、第二散热板8、第二翅片管9、展收驱动机构10、储液器11、第一热控涂层12、设备安装面13、防尘隔热层14、第二热控涂层15、发热设备16、载人月球车的舱体17。

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。

实施例

参照图1及图2所示，本实施例提供了一种载人月球车热控系统，包括：

第一散热板1，第一散热板1包括相背设置的散热面、设备安装面13，设备安装面13与载人月球车上的发热设备16之间传热连接；第一散热板1内填充有第一传热工质4；

第二散热板8，第二散热板8与设于载人月球车上的展收驱动机构10连接，展收驱动机构10控制第二散热板8与第一散热板1之间处于展开状态或收拢状态；

第一传热模块，第一传热模块设于第一散热板1内，第一传热模块与第一传热工质4传热连接；

第二传热模块，第二传热模块设于第二散热板8上；

传热连接机构，第一传热模块与第二传热模块之间通过传热连接机构连接构成闭合传热回路，第一传热模块和第二传热模块内均设有第二传热工质，第二传热工质在闭合传热回路内流动。

其中，本实施例中的第一传热工质4为相变工质，相变工质可以选择石蜡，相变温度根据载人月球车上的发热设备16的工作温度指标要求进行选择，载人月球车上的发热设备16产生的热量通过第一散热板1的设备安装面13直接传递给第一传热工质4，增大了传热面积，使得载人月球车上的发热设备16的热量传递更高效，同时，第一传热工质4集成在第一散热板1内部，将原本的相变装置所占用的空间节省出来，可以供设备布局，提高了载人月球车车舱内设备的安装空间。

其中，本实施例中的第一传热模块为第一翅片管组，第二传热模块为第二翅片管组。

传热连接机构包括第一连接件和第二连接件；

第一翅片管组的输出端与第二翅片管组的输入端通过第一连接件连通，第二翅片管组的输出端与第一翅片管组的输入端之间通过第二连接件连通。

第二连接件包括输送泵组5和储液器11，第二翅片管组的输出端、储液器11、输送泵组5、第一翅片管组的输入端通过输送管道依次连通。输送泵组5为传热回路提供动力驱动，使得第二传热工质在闭合传热回路中进行流动，储液器11具有稳定传热回路压力和补液功能。

其中，第一连接件为第一软管6，第二翅片管组的输出端与储液器之间的输送管道为第二软管7，储液器内储存有第二传热工质。采用第一软管6和第二软管7可以解决第一散热板1与第二散热板8之间在展开或收拢时管路易弯折的问题。

本实施例中的第一翅片管组包括至少一个第一翅片管2，第一翅片管组包括两个以上第一翅片管2时，多个第一翅片管2依次顺序连通组成第一翅片管组。

本实施例中的第二翅片管组包括至少一个第二翅片管9，第二翅片管组包括两个以上第二翅片管9时，多个第二翅片管9依次顺序连通组成第二翅片管组。

本实施例中的第一散热板1包括蜂窝板、分别设于蜂窝板相背两面的第一传热板、第二传热板，第一传热板背离蜂窝板的一面为散热面，第二传热板背离蜂窝板的一面为设备安装面；

蜂窝板具有蜂窝结构，第一传热工质4填充于蜂窝结构内，蜂窝结构内还设有用于容纳第一传热模块的腔体。

第一散热板1还包括避免所述第一传热工质通过所述蜂窝结构泄漏至所述第一散热板外的密封件，蜂窝板为六面体结构，蜂窝板上其中两个表面通过第一传热板和第二传热板进行了密封，避免第一传热工质4泄漏，密封件为密封端框3，密封端框3设于第一散热板外，包裹密封蜂窝板的其余的四个面，避免第一传热工质4泄漏。

进一步地，本实施例中的蜂窝板为铝蜂窝结构板，本实施例中的第一传热板和第二传热板均为铝蒙皮。具体使用时，通过将铝蜂窝结构板内的部分蜂窝结构去除，形成一容纳腔，使得第一翅片管组埋入蜂窝结构板内。

蜂窝板采用金属材料制成时，一方面起到传统蜂窝结构板承载作用，另一方面第一传热工质4填充在金属蜂窝结构中能够达到增强导热的效果，使得第一传热工质4发生相变实现吸热或放热的效率更高。

本实施例中的第一散热板1的散热面上设有第一热控涂层12；第二散热板8的一面设有第二热控涂层15、相背的另一面设有第二传热模块，第二散热板8的上设有第二传热模块的一面上还可拆卸设有防尘隔热层14，防尘隔热层14覆盖于第二传热模块上，当第一散热板1和第二散热板8之间处于收拢状态时，防尘隔热层14覆盖于第二传热模块上，防止月尘污染第二传热模块。

其中，第二防尘隔热层可通过尼龙搭扣粘结于第二散热板上，需要注意地是，第二防尘隔热层与第二散热板之间的可拆卸连接并不局限于通过尼龙搭扣粘结，本领域技术人员，可以根据本领域常规技术手段，进行合理设置。

第一热控涂层12和第二热控涂层15均具有低太阳吸收比高红外发射率，第一散热板1与第二散热板8之间处于收拢状态时，第二散热板8位于第一散热板1正上方时，第二热控涂层15朝向第一热控涂层12，第一热控涂层12朝天设置。通过设置具有低太阳吸收比高红外发射率的第一热控涂层12和第二热控涂层15，增大第一散热板1和第二散热板8的散热性能。

具体地，本实施例中第二翅片管9粘结于第二散热板8上相背于第二热控涂层15的一面上。需要注意地是，本实施例中的第二翅片管9安装于第二散热板8上的方式并不局限于粘结，本领域技术人员可以根据本领域常规技术手段进行合理设置。

本实施例中的防尘隔热层14由多层隔热材料制成，在第一散热板1与第二散热板8之间处于展开状态时，隔绝月表的高温红外辐射，在第一散热板1与第二散热板8之间处于收拢状态时，防止月尘污染第一热控涂层12、第二热控涂层15、第二传热模块。

其中，防尘隔热层14外还包裹有一层镀铝织物，具有耐磨性，防止防尘隔热层14被摩擦刮坏。

本实施例中的第一翅片管2的为工字型管，其竖截面为工字型（垂直于第一散热板的截面），工字型管的一侧翅片与第一散热板1上第一传热板朝向所述蜂窝板的一面连接，进行接触传热，工字型管的另一侧翅片与第二传热板上朝蜂窝板的一面连接，进行接触传热，使得发热设备的部分热量直接从第一散热板的设备安装面传递至散热面，进一步提高传热效率。另外，第一翅片管2设置为工字型管时，还具有支撑第一散热板的作用。

本实施例中的第二翅片管9为Ω型管，其竖截面为Ω型，Ω型管的翅片与第二散热板8上相背于第二热控涂层15的一面粘结。

本实施例中的载人月球车热控系统中，通过展收驱动机构10控制第二散热板8与第一散热板1之间处于展开状态或收拢状态，第二散热板8与第一散热板1之间的展开状态或收拢状态类似于书本展开或闭合的状态。

其中，第一散热板1与第二散热板8之间处于收拢状态时，第二散热板8位于第一散热板1正上方，且第二散热板8上设有第二热控涂层15的一面朝向第一热控涂层12，通过第二散热板8对第一散热板1进行遮挡防止第一热控涂层12受到月尘的污染，同时通过第二散热板8上设有防尘隔热层14的一面对第一热控涂层12、第二热控涂层15进行遮挡，防止第一热控涂层12、第二热控涂层15受到月尘的污染，第二散热板8集成了防尘与散热的双重功能，同时也增加了月球车停止期间向空间的辐射散热面积和散热能力，大幅缩短了因散热导致的停车时间限制。

其中，第一散热板1与第二散热板8之间处于展开状态时，第二散热板8位于第一散热板1旁侧，且第一热控涂层12和第二热控涂层15均朝天（上），第一散热板1与第二散热板8之间的夹角为180°。

本实施例中的展收驱动机构10包括支架、驱动机构，本实施例中第二散热板8通过支架（图中未示出）转动安装于月球车上，通过驱动机构（图中未示出）驱动第二散热板8进行转动，进而使得第二散热板8与第一散热板1之间处于展开状态或收拢状态，其中，本实施例中的驱动机构可以设置有驱动电机，另外，本实施例中的展收驱动机构10并不局限于上述选择，现有技术中能够实现第一散热板1与第二散热板8之间展收或收拢状态均可适用于本发明。

参照图1及图2所示， 本实施例中还提供了一种载人月球车热控方法，应用于上述载人月球车热控系统，包括以下步骤：

载人月球车行驶过程中，第一散热板1与第二散热板8之间处于收拢状态，输送泵组5停止工作，闭合传热回路停止运行，第一散热板1内的第一传热工质4吸收载人月球车上的发热设备16产生的热量；

载人月球车停止行驶时，载人月球车不再受扬尘影响，通过展收驱动机构10使第一散热板1与第二散热板8之间处于展开状态（第一散热板1与第二散热板8之间的夹角为180°，且第一热控涂层12和第二热控涂层15均朝天），闭合传热回路开始运行，启动输送泵组5，第二传热工质在传热回路中流动，第二传热工质吸收第一传热工质4的热量，第二传热工质的热量通过第一散热板1和第二散热板8进行散热。

其中，第二传热工质的热量一部分传递至第一热控涂层12，通过第一热控涂层12朝天辐射散热，一部分通过传热回路传递至第二散热板8上，通过第二散热板8上的第二热控涂层15朝天辐射散热，第一传热工质4设置为固液相变传热介质时，第一传热工质4的热量释放完成后变成固态，供下次载人月球车行驶时蓄热。

本实施例中的载人月球车热控系统，集成了相变蓄热（第一传热工质4）、闭合传热回路传热（第一传热模块、第二传热模块及传热连接机构组成的传热回路）、辐射散热（第一散热板1、第二散热板8）、第一散热板1与第二散热板8的防尘于一体，在载人月球车行驶时，闭合传热回路停止运行（闭合传热回路中的第二传热工质停止流动），通过第一传热工质4进行相变蓄热，同时通过第二散热板8实现对散热面（第一热控涂层12、第二热控涂层15）的防尘；载人月球车停止时，闭合传热回路开始运行，第二传热工质在闭合传热回路中进行流动，实现大面积辐射散热，因而，本实施例中的载人月球车热控系统的系统集成度高，载人月球车的舱体17内设备布局空间更大，传热及蓄热效率更高；采用闭合传热回路及第二散热板的设计，提高了停车时的散热面积，大幅增加了辐射散热量，减少了因散热导致的停车时间限制。

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 (9)

1.一种载人月球车热控系统，其特征在于，包括：

第一散热板，所述第一散热板包括相背设置的散热面、设备安装面，所述设备安装面与载人月球车上的发热设备之间传热连接；所述第一散热板内填充有第一传热工质；所述第一散热板的散热面上设有第一热控涂层；

第二散热板，所述第二散热板与设于所述载人月球车上的展收驱动机构连接，所述展收驱动机构控制所述第二散热板与所述第一散热板之间处于展开状态或收拢状态；

第一传热模块，所述第一传热模块设于蜂窝板内，所述第一传热模块与所述第一传热工质传热连接；其中，所述第一散热板包括蜂窝板、分别设于所述蜂窝板相背两面的第一传热板、第二传热板；所述第一传热板背离所述蜂窝板的一面为所述散热面，所述第二传热板背离所述蜂窝板的一面为所述设备安装面；所述蜂窝板具有蜂窝结构，所述的第一传热工质填充于所述蜂窝结构内，所述蜂窝内还设有用于容纳所述第一传热模块的腔体；

第二传热模块，所述第二传热模块设于所述第二散热板上；所述第二散热板的一面设有第二热控涂层、相背的另一面设有所述第二传热模块；

传热连接机构，所述第一传热模块与所述第二传热模块之间通过所述传热连接机构连接构成闭合传热回路，所述第一传热模块和所述第二传热模块内均设有第二传热工质，所述第二传热工质在所述闭合传热回路内流动；

所述第一热控涂层和所述第二热控涂层均具有低太阳吸收比及高红外发射率；

所述第二散热板与所述第一散热板之间处于收拢状态时，所述第二热控涂层位于所述第一热控涂层正上方。

2.根据权利要求1所述的载人月球车热控系统，其特征在于，所述第一传热模块为第一翅片管组，所述第二传热模块为第二翅片管组；

所述传热连接机构包括第一连接件和第二连接件；

所述第一翅片管组的输出端与所述第二翅片管组的输入端通过所述第一连接件连通，所述第二翅片管组的输出端与所述第一翅片管组的输入端之间通过所述第二连接件连通。

3.根据权利要求2所述的载人月球车热控系统，其特征在于，所述第一连接件为第一软管。

4.根据权利要求2所述的载人月球车热控系统，其特征在于，所述第二连接件包括输送泵组和储液器，所述第二翅片管组的输出端、所述储液器、所述输送泵组、所述第一翅片管组的输入端通过输送管道依次连通。

5.根据权利要求4所述的载人月球车热控系统，其特征在于，所述第二翅片管组的输出端与所述储液器之间的输送管道为第二软管。

6.根据权利要求2所述的载人月球车热控系统，其特征在于，所述第一翅片管组包括至少一个第一翅片管，所述第二翅片管组包括至少一个第二翅片管。

7.根据权利要求1所述的载人月球车热控系统，其特征在于，所述第一散热板还包括避免所述第一传热工质通过所述蜂窝结构泄漏至所述第一散热板外的密封件。

8.根据权利要求1所述的载人月球车热控系统，其特征在于，所述第二散热板上设有所述第二传热模块的一面上还可拆卸设有防尘隔热层。

9.一种载人月球车热控方法，应用于如权利要求1-8任一项所述的载人月球车热控系统，其特征在于，包括：

载人月球车行驶过程中，所述第一散热板与所述第二散热板之间处于收拢状态，所述闭合传热回路停止运行，所述第一散热板内的所述第一传热工质接受载人月球车上的发热设备产生的热量；

载人月球车停止行驶时，所述第一散热板与所述第二散热板之间处于展开状态，所述闭合传热回路开始运行，所述第二传热工质在所述闭合传热回路中流动，所述第二传热工质吸收所述第一传热工质的热量，所述第二传热工质的热量通过所述第一散热板、所述第二散热板、所述第一传热模块、所述第二传热模块中的至少一个进行散热。