CN114537716B - 点阵式热源温度一致性控制方法及系统 - Google Patents

点阵式热源温度一致性控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种点阵式热源温度一致性控制方法及系统，该方法包括：对于均布在面尺寸大于400mm×400mm模块上的单机，在单机下方的有源安装板内预埋相变热管，单机与有源安装板之间铺设导热硅脂；对于小于400mm×400mm模块上的单机，在模块上方安装相同面尺寸的相变板，在相变板上铺设高导热石墨烯，单机与高导热石墨烯之间铺设导热硅脂；将热敏电阻和加热器粘贴在相变热管或者相变板上，将天线各模块启动温度保持在相同水平；主动控温回路采用载荷母线为加热器供电，由卫星平台根据热敏电阻遥测温度控制加热器的开关；天线阵面除对地面外，将其余五个面包裹多层隔热组件。本发明能够解决常规热管无法跨模块安装难题，并配合测控温技术实现分区智能热控功能。

Description

点阵式热源温度一致性控制方法及系统
技术领域
本发明涉及航天器热控技术领域，具体地，涉及一种点阵式热源温度一致性控制方法及系统。
背景技术
微波天线作为卫星的主载荷，内部单机分布在不同子板或者是模块上，其温度一致性对于多通道幅相一致性至关重要。近年来天线呈现出高热耗、高轨道、大阵面的趋势，天线的内外热耗波动剧烈，卫星资源有限，受控对象的温度一致性要求却越来越高。同时，针对模块化集成的天线结构，常规热管受限于安装接口，无法实现跨模块的均温控制。
现有文献《高热流密度阵列的温度一致性工程化设计研究》(装备环境工程，2017年第14卷第8期)研究一种提高高热流密度条件下热源阵列温度一致性的工程化设计方法。该论文的研究对象是模拟芯片式单机，采用微通道沸腾换热的方式对设备进行温度一致性热控。
公开号为CN108963379A的发明专利，公开了一种新能源汽车动力电池温度一致性控制系统及控制方法，该系统包括依次连接形成电池加热/冷却水循环回路的第一膨胀水壶、第一水泵、第一三通水阀、PTC水暖加热器、第一冷却水温度传感器、电池冷却板、第二冷却水温度传感器、电池冷却器、第二三通水阀、第一膨胀水壶，电池冷却板设于动力电池处，动力电池中设有分别与动力电池内部的各电芯连接的多个电池温度传感器，第一三通水阀和第二三通水阀之间还设有与第一水泵和第一膨胀水壶串联线路的两端并联的循环支路，循环支路上设有第二膨胀水壶和第二水泵。该发明通过切换水冷板进水口和出水口，保持新能源汽车动力电池的温度一致性。
公开号为CN208188692U的实用新型专利，公开了一种提高控温精度和模块温度一致性的半导体，半导体本体的一端设有第一加热单元，半导体本体的另一端设有第四加热单元，第一加热单元和第四加热单元之间设有第二加热单元和第三加热单元，第一加热单元、第二加热单元、第三加热单元和第四加热单元上均安装有导线，第一加热单元、第二加热单元、第三加热单元和第四加热单元的内部设有第一加热孔和第二加热孔，第一加热单元、第二加热单元、第三加热单元和第四加热单元通过导线连接PID控制系统。依靠金属模块间的热传递实现八孔之间的温度梯度。
现有技术当中始终存在常规热管无法跨模块安装的难题，不能较好地配合测控温技术实现分区智能热控。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种点阵式热源温度一致性控制方法及系统。
根据本发明提供的一种点阵式热源温度一致性控制方法及系统，所述方案如下：
第一方面，提供了一种点阵式热源温度一致性控制方法，所述方法包括：
步骤S1：对于均布在面尺寸大于预设尺寸模块上的单机，在单机下方的有源安装板内预埋相变热管，单机与有源安装板之间铺设导热硅脂；对于均布在面尺寸小于预设尺寸模块上的单机，在模块上方安装相同面尺寸的相变板，在相变板上铺设石墨烯，单机与石墨烯之间铺设导热硅脂；
步骤S2：将热敏电阻和加热器粘贴在步骤S1所述的相变热管或者相变板上，将天线各模块启动温度保持在相同水平；主动控温回路采用载荷母线为加热器供电，由卫星平台根据热敏电阻遥测温度控制加热器的开关；
步骤S3：减少边缘模块的漏热，天线阵面除对地面外，将其余五个面包裹多层隔热组件。
优选的，所述步骤S1中的相变热管为60×9.0Ω型相变热管，长度需要覆盖单机安装区域，且不能超过模块尺寸包络。
优选的，所述相变热管或相变板使用的相变材料的相变点应低于单机温度指标10℃，一般选用相变点为16.7℃的正十六烷。
优选的，所述石墨烯由0.04mm单层叠加25层制备而成，面向热导率至少1000W/(m·K)。
优选的，所述相变板内部为泡沫碳，充注相变材料后冷却定型，封装壳体材料为沥青基碳纤维，上下蒙皮与框架通过胶水密封。
优选的，所述步骤S2还包括获取温度遥测原码，查找对应阈值表，当高于温度阈值上限，产生关加热器指令；当低于温度阈值下限，则产生开加热器指令；在温度阈值范围内保持上一控制周期的开关状态。
第二方面，提供了一种点阵式热源温度一致性控制系统，所述系统包括：
模块M1：对于均布在面尺寸大于预设尺寸模块上的单机，在单机下方的有源安装板内预埋相变热管，单机与有源安装板之间铺设导热硅脂；对于均布在面尺寸小于预设尺寸模块上的单机，在模块上方安装相同面尺寸的相变板，在相变板上铺设石墨烯，单机与石墨烯之间铺设导热硅脂；
模块M2：将热敏电阻和加热器粘贴在步骤S1所述的相变热管或者相变板上，将天线各模块启动温度保持在相同水平；主动控温回路采用载荷母线为加热器供电，由卫星平台根据热敏电阻遥测温度控制加热器的开关；
模块M3：减少边缘模块的漏热，天线阵面除对地面外，将其余五个面包裹多层隔热组件。
优选的，所述模块M1中的相变热管为60×9.0Ω型相变热管，长度需要覆盖单机安装区域，且不能超过模块尺寸包络。
优选的，所述相变热管或相变板使用的相变材料的相变点应低于单机温度指标10℃，一般选用相变点为16.7℃的正十六烷。
优选的，所述石墨烯由0.04mm单层叠加25层制备而成，面向热导率至少1000W/(m·K)。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
该方法根据模块尺寸大小分别采用相变热管抑或石墨烯相变板的热控技术，解决常规热管无法跨模块安装的难题，并配合测控温技术实现分区智能热控功能。
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为本发明的步骤流程图。
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。
本发明实施例提供了一种点阵式热源温度一致性控制方法，参照图1所示，具体步骤如下：
步骤S1：对于均布在面尺寸大于400mm×400mm模块上的单机，在单机下方的有源安装板内预埋相变热管，单机与有源安装板之间铺设导热硅脂；对于均布在面尺寸小于400mm×400mm模块上的单机，在模块上方安装相同面尺寸的10mm厚的相变板，在相变板上铺设1mm厚的高导热石墨烯，单机与高导热石墨烯之间铺设导热硅脂。
步骤S2：将热敏电阻和加热器粘贴在步骤S1所述的相变热管或者相变板上，将天线各模块启动温度保持在相同水平；主动控温回路采用载荷母线为加热器供电，由卫星平台根据热敏电阻遥测温度控制加热器的开关；软件获取温度遥测原码，查找对应阈值表，当高于温度阈值上限，产生关加热器指令；当低于温度阈值下限，则产生开加热器指令；在温度阈值范围内保持上一控制周期的开关状态。
步骤S3：天线阵面除对地面外，将其余五个面包裹15层多层隔热组件，用于减少边缘模块的漏热。
具体的，在步骤S1中，相变热管为60×9.0Ω型相变热管，长度需要覆盖单机安装区域，且不能超过模块尺寸包络。相变热管或相变板使用的相变材料的相变点应低于单机温度指标10℃，一般选用相变点为16.7℃的正十六烷。
高导热石墨烯由0.04mm单层叠加25层制备而成，面向热导率至少1000W/(m·K)。
相变板内部为泡沫碳，充注相变材料后冷却定型，封装壳体材料为沥青基碳纤维，上下蒙皮与框架通过胶水密封。
接下来，对本发明进行更为具体的说明。
首先，经分析任务书，某天线单机均布在面尺寸为500mm×500mm的模块内，单机温度指标为-20～40℃。故在单机下方的有源安装板内预埋60×9.0Ω型相变热管，长度为480mm，相变工质为正十六烷，单机与有源安装板之间铺设导热硅脂。
其次，将热敏电阻和加热器粘贴在相变热管表面，设定控温阈值为-8℃～-6℃。软件获取温度遥测原码，查找对应阈值表，当高于温度阈值上限-6℃，产生关加热器指令；当低于温度阈值下限-8℃，则产生开加热器指令；在温度阈值范围-8℃～-6℃内，则保持上一控制周期的开关状态。
最后，天线阵面除对地面外，其余五个面包裹15层多层隔热组件，用于减少边缘模块的漏热。
本发明实施例提供了一种点阵式热源温度一致性控制方法，该方法根据模块尺寸大小分别采用相变热管抑或石墨烯相变板的热控技术，解决常规热管无法跨模块安装的难题，并配合测控温技术实现分区智能热控功能。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
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)

1.一种点阵式热源温度一致性控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1：对于均布在面尺寸大于预设尺寸模块上的单机，在单机下方的有源安装板内预埋相变热管，单机与有源安装板之间铺设导热硅脂；对于均布在面尺寸小于预设尺寸模块上的单机，在模块上方安装相同面尺寸的相变板，在相变板上铺设石墨烯，单机与石墨烯之间铺设导热硅脂；
步骤S2：将热敏电阻和加热器粘贴在步骤S1所述的相变热管或者相变板上，将天线各模块启动温度保持在相同水平；主动控温回路采用载荷母线为加热器供电，由卫星平台根据热敏电阻遥测温度控制加热器的开关；
步骤S3：减少边缘模块的漏热，天线阵面除对地面外，将其余五个面包裹多层隔热组件。
2.根据权利要求1所述的点阵式热源温度一致性控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的相变热管为60×9.0Ω型相变热管，长度需要覆盖单机安装区域，且不能超过模块尺寸包络。
3.根据权利要求1所述的点阵式热源温度一致性控制方法，其特征在于，所述相变热管或相变板使用的相变材料的相变点应低于单机温度指标10℃，选用相变点为16.7℃的正十六烷。
4.根据权利要求1所述的点阵式热源温度一致性控制方法，其特征在于，所述石墨烯由0.04mm单层叠加25层制备而成，面向热导率至少1000W/(m·K)。
5.根据权利要求1所述的点阵式热源温度一致性控制方法，其特征在于，所述相变板内部为泡沫碳，充注相变材料后冷却定型，封装壳体材料为沥青基碳纤维，上下蒙皮与框架通过胶水密封。
6.根据权利要求1所述的点阵式热源温度一致性控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括获取温度遥测原码，查找对应阈值表，当高于温度阈值上限，产生关加热器指令；当低于温度阈值下限，则产生开加热器指令；在温度阈值范围内保持上一控制周期的开关状态。
7.一种点阵式热源温度一致性控制系统，其特征在于，包括：
模块M1：对于均布在面尺寸大于预设尺寸模块上的单机，在单机下方的有源安装板内预埋相变热管，单机与有源安装板之间铺设导热硅脂；对于均布在面尺寸小于预设尺寸模块上的单机，在模块上方安装相同面尺寸的相变板，在相变板上铺设石墨烯，单机与石墨烯之间铺设导热硅脂；
模块M2：将热敏电阻和加热器粘贴在模块M1所述的相变热管或者相变板上，将天线各模块启动温度保持在相同水平；主动控温回路采用载荷母线为加热器供电，由卫星平台根据热敏电阻遥测温度控制加热器的开关；
模块M3：减少边缘模块的漏热，天线阵面除对地面外，将其余五个面包裹多层隔热组件。
8.根据权利要求7所述的点阵式热源温度一致性控制系统，其特征在于，所述模块M1中的相变热管为60×9.0Ω型相变热管，长度需要覆盖单机安装区域，且不能超过模块尺寸包络。
9.根据权利要求7所述的点阵式热源温度一致性控制系统，其特征在于，所述相变热管或相变板使用的相变材料的相变点应低于单机温度指标10℃，选用相变点为16.7℃的正十六烷。
10.根据权利要求7所述的点阵式热源温度一致性控制系统，其特征在于，所述石墨烯由0.04mm单层叠加25层制备而成，面向热导率至少1000W/(m·K)。
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