CN114544697A - 一种用于真空热试验的散热装置及其强化散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于真空热试验的散热装置及其强化散热方法，散热装置，包括侧壁冷板和底部冷板，底部冷板上分布有金属冷芯，在金属冷芯上设有与其相匹配的吸波材料，在金属冷芯与底部冷板的接触面、侧壁冷板与底部冷板的接触面均涂覆导热硅脂，金属冷芯和底部冷板表面、侧壁冷板内外表面、吸波材料底面均喷涂高发射率的强化散热涂层。强化散热方法，确定吸波材料的尺寸、顶角，制作相应大小的底部冷板；制作套装于吸波材料内部的金属冷芯；在底部冷板上安装金属冷芯；涂覆导热硅脂和喷涂强化散热涂层。本发明通过设计散热装置及其强化散热方法，降低吸波材料在吸收微波时的升温速率和平衡温度，保证吸波材料在真空低温环境下的吸波能力。

Description

一种用于真空热试验的散热装置及其强化散热方法

技术领域

本发明涉及真空环境模拟试验设备，特别是一种用于真空热试验的散热装置及其强化散热方法。

背景技术

合成孔径雷达由于其全天候、高质量成像、大测绘带宽等优异性能，目前该技术已在遥感卫星领域得以广泛应用。真空热试验是合成孔径雷达成像卫星地面试验中必做的试验，已有研究表明航天器约有四分之一在地面试验中发现的故障是在真空热试验中暴露的，真空热试验对航天器考核的作用十分重要。为了在真空热试验过程中准确模拟在轨环境，充分考核合成孔径雷达成像卫星的载荷功能实现和高可靠性运行，真空热试验过程中合成孔径雷达需要模拟在轨工况在空间环境模拟容器内发射微波。由于空间环境模拟容器内壁为金属热沉，对微波具有反射作用，为避免金属内壁所反射的微波损伤合成孔径雷达的T/R组件，目前国内外均采用吸波材料制作吸波热沉在空间环境模拟容器内直接吸收合成孔径雷达所发射的大功率微波。

吸波材料，指能吸收或者大幅减弱其表面接收到的电磁波能量的一类材料，通过吸收投射至材料表面的电磁波并将其损耗转化为热能等内能，一般为角锥形，目前应用于真空热试验中吸波热沉制作的吸波材料主要为碳化硅尖锥。该材料耐高温，热容大，吸波过程中温升较慢。但是碳化硅材料成本高、质量大、易破损、难以根据试验需要调整外型尺寸、对吸收微波的波长具有选择性。高分子吸波材料可根据试验需要快速拼装，具有成本低、质量轻、吸波频段宽、吸收比高等优点，但是高分子吸波材料为小热容材料，高温耐受性差，在吸波过程中温升速率大，平衡温度高，容易造成材料损坏，限制了其在真空热试验中的吸波应用。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种用于真空热试验的散热装置及其强化散热方法，降低吸波材料在吸收微波时的升温速率和平衡温度，保证其在真空低温环境下的吸波能力。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种用于真空热试验的散热装置，包括侧壁冷板和底部冷板，底部冷板上分布有金属冷芯，在金属冷芯上设有与其相匹配的吸波材料，在金属冷芯与底部冷板的接触面、侧壁冷板与底部冷板的接触面均涂覆导热硅脂，金属冷芯和底部冷板表面、侧壁冷板内外表面、吸波材料底面均喷涂高发射率的强化散热涂层。

本发明采用上述技术方案，在金属冷芯与底部冷板的接触面、侧壁冷板与底部冷板的接触面均涂覆导热硅脂，增强两者之间的热传导能力；金属冷芯和底部冷板表面、侧壁冷板内外表面、吸波材料底面均喷涂高发射率的强化散热涂层，增大发射率，加强热辐射换热能力。吸波材料采用小热容吸波材料，在吸收微波时将电磁波能量转化为热能，为降低其温升速率，需要对其进行强化散热，将热能传递至冷端。由于试验过程中小热容吸波材料处于真空低温环境，因此本发明的强化散热方法基于强化热传导和热辐射两种热量传递方式将吸波材料热能传递至底部冷板，实现温升速率和平衡温度的降低。使用中，底部冷板持续通入低温工质，作为吸波材料热能传递的冷端，底部冷板上安装有金属冷芯和侧壁冷板，均具有良好的导热性能。通过在金属冷芯、侧壁冷板与底部冷板的安装接触部位涂覆导热硅脂，加强与底部冷板热量传导，实现金属冷芯、侧壁冷板、底部冷板同为吸波材料热能传递至冷端的目的。此外，侧壁冷板可增大冷端与小热容吸波材料的敷设换热角系数，进一步加强侧壁冷板与小热容吸波材料之间的辐射换热能力。

进一步地，吸波材料与金属冷芯的尺寸、顶角形状相适配，吸波材料套设在金属冷芯上。吸波材料吸收电磁波过程中产生的热量直接传递至金属冷芯上，金属冷芯的尺寸、顶角与吸波材料相适配且可组装在吸波材料内，增大接触面积，提高热传导效率，使得吸波材料的降温速率提升，起到更好的吸波效果。

进一步地，金属冷芯的安装间距与吸波材料的角锥间距相同。吸波材料与金属冷芯均匀布置在底部冷板上，吸波材料吸收电磁波产生的热量直接传递至金属冷芯内，再传递至底部冷板中进行，降低吸波材料的温升速率，进行强化散热，将热能传递至冷端。

进一步地，吸波材料整体安装至金属冷芯和底部冷板上。吸波材料的内壁接触金属冷芯的表面，吸波材料的底部安装在底部冷板上，同时将吸收电磁波过程中产生的热量传导至金属冷芯和底部冷板上，提高热传导效率，降低吸波材料的表面温度，使其进一步地吸收电磁波辐射。

进一步地，还包括冷板支架，底部冷板设于冷板支架上。冷板支架支撑底部冷板，在真空试验时，底部冷板持续通入低温工质，使底部冷板、侧壁冷板、金属冷芯均维持低温，持续吸收小热容吸波材料传递的热能，可有效降低小热容吸波材料在吸收微波时的温升速率和平衡温度，提升小热容吸波材料在真空热试验中的吸波能力。

为解决上述技术问题，本发明提供的另一技术方案是：一种用于真空热试验的强化散热方法，包括

根据航天器对吸波热沉的需求确定吸波材料的尺寸、顶角，根据吸波材料的面积制作相应大小的底部冷板；

制作与吸波材料顶角相同、可套装于吸波材料内部的金属冷芯；

在底部冷板上安装金属冷芯，金属冷芯的安装间距与吸波材料的角锥间距相同；

在侧壁冷板与底部冷板间的接触面以及底部冷板与金属冷芯间的接触面均匀涂覆导热硅脂，在金属冷芯和底部冷板的表面、吸波材料的底面及侧壁冷板的内外表面喷涂强化散热涂层。

真空试验时，将小热容吸波材料安装在底部冷板上，金属冷芯在小热容吸波材料内部，侧壁冷板安装在吸波材料外部，金属冷芯的顶角、安装间距与吸波材料的角锥相同，底部冷板与金属冷芯的面积根据吸波材料面积灵活调整。试验过程中，小热容吸波材料吸收微波后损耗转化为热能，该热能一方面通过吸波材料内部与金属冷芯、吸波材料底面与底部冷板、吸波材料表面与侧壁冷板两两进行辐射热交换，进而实现小热容吸波材料在吸收微波时升温迅速和平衡温度的降低。

进一步地，真空试验时，底部冷板持续通入低温工质，使底部冷板、侧壁冷板及金属冷芯持续低温，持续吸收吸波材料传递的热能。持续通入低温工质的底部冷板作为吸波材料热能传递的冷端，吸波材料产生的热量传递至冷端，实现热交换的目的，且持续通入低温工质的冷端，其本身温度低，对吸波材料传递的热量吸收大，起到更好的散热效果。

本发明还取得的有益效果是：本发明用于真空热试验的小热容吸波材料强化散热方法，该方法是基于强化热传导和热辐射两种方式将小热容吸波材料吸收微波后转化的热能传导至冷端，解决了小热容吸波材料在吸收微波时温升速率过快和平衡温度过高的难题，可有效提升小热容吸波材料在真空低温环境下的吸波能力。

附图说明

图1是本发明的散热装置的强化散热原理图；

图2是本发明的强化散热方法步骤图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

参照图1所示，一种用于真空热试验的散热装置，包括侧壁冷板1和底部冷板2，底部冷板2上分布有金属冷芯4，在金属冷芯4上设有与其相匹配的所述吸波材料3，在金属冷芯4与底部冷板2的接触面、侧壁冷板1与底部冷板2的接触面均涂覆导热硅脂，金属冷芯4和底部冷板2表面、侧壁冷板1内外表面、吸波材料3底面均喷涂高发射率的强化散热涂层。

吸波材料3与金属冷芯4的尺寸、顶角形状相适配，吸波材料3套设在金属冷芯4上。金属冷芯4的安装间距与吸波材料3的角锥间距相同。吸波材料3整体安装至金属冷芯4和底部冷板2上。还包括冷板支架5，底部冷板2设于冷板支架5上。

在真空试验前，需要根据航天器对吸波热沉的需求确定小热容吸波材料3的尺寸、顶角，根据小热容吸波材料3的面积制作相应大小的底部冷板2、侧壁冷板1，并制作与吸波材料3顶角相同、尺寸略小的金属冷芯4。然后，在底部冷板2上安装金属冷芯4，安装间距与小热容吸波材料3的角锥间距相同。底部冷板2与金属冷芯4之间的接触面均匀涂覆导热硅脂，增强两者之间的热传导能力。

参照图2所示，一种用于真空热试验的强化散热方法，包括如下步骤：

S01：根据航天器对吸波热沉的需求确定吸波材料3的尺寸、顶角，根据吸波材料3的面积制作相应大小的底部冷板2；

S02：制作与吸波材料3顶角相同、可套装于吸波材料3内部的金属冷芯4；

S03：在底部冷板2上安装金属冷芯4，金属冷芯4的安装间距与吸波材料3的角锥间距相同；

S04：在侧壁冷板1与底部冷板2间的接触面以及底部冷板2与金属冷芯4间的接触面均匀涂覆导热硅脂，在金属冷芯4和底部冷板2的表面、吸波材料3的底面及侧壁冷板1的内外表面喷涂强化散热涂层。

真空试验时，底部冷板持续通入低温工质，使底部冷板2、侧壁冷板1及金属冷芯4持续低温，持续吸收吸波材料3传递的热能。将吸波材料3整体安装在金属冷芯4和底部冷板2上，后将底部冷板2安装在冷板支架5上，后将冷板支架5推入真空环境模拟器中。

本发明的强化散热方法基于强化热传导和热辐射两种热量传递方式将小热容吸波材料吸收微波后损耗转化的热能传递至金属冷芯4、侧壁冷板1和底部冷板2。金属冷芯4和底部冷板2的接触面、侧壁冷板1与底部冷板2的接触面均涂覆导热胶纸，加强热传导。金属冷芯4和底部冷板2表面、侧壁冷板1内外表面、小热容吸波材料3底面均喷涂高发射率的强化散热涂层，增强空间辐射换热能力。

进行真空试验时，底部冷板2持续通入低温工质，使得底部冷板2、侧壁冷板1、金属冷芯4均维持低温，持续吸收小热容吸波材料3传递的热能，可有效降低小热容吸波材料3在吸收微波时温升速率和平衡温度，提升小热容吸波材料在真空热试验中的吸波能力。

金属冷芯4安装完毕后，在金属冷芯4和底部冷板2表面、小热容吸波材料3的底面、侧壁冷板1内外表面喷涂强化散热涂层，增大发射率，加强热辐射换热能力。待强化散热涂层干燥后，小热容吸波材料3整体安装至金属冷芯4和底部冷板2上，然后将底部冷板2安装至冷板支架5上。在底部冷板2安装侧壁冷板1，同时在两者的接触面上均匀涂覆导热硅脂，结束后将冷板支架5推入真空环境模拟器中，底部冷板2与低温工质管路连接后开始真空热试验。试验完毕后撤收上述装置。

试验过程中，本发明的强化散热方法基于强化热传导和热辐射两种热量传递方式将吸波材料的热能传递至低温冷端，实现小热容吸波材料温升速率和平衡温度的降低，从而提高小热容吸波材料在真空热试验中的吸波能力。另外对于推广低成本、低重量、宽频段、高吸收比、可快速拼装的小热容高分子吸波材料在真空热试验过程中微波吸波领域的应用具有积极意义。

应理解，热沉是指它的温度不随传递到它的热能的大小变化而变化。

本发明在实施时，吸波材料3接受电磁波辐射，产生的热量一方面经金属冷芯4接收和传导至冷端、以及经吸波材料3底面与底部冷板2的热的传导，实现将热量传导至冷端的目的；而另一方面，吸波材料3与侧壁冷板1之间形成热辐射，通过在金属冷芯4与底部冷板2表面、侧壁冷板1内外表面、吸波材料3底面均喷涂高发射率的强化散热涂层，使其具有更强的空间辐射换热能力，侧壁冷板1增大冷端与吸波材料3的辐射换热角系数，进一步加强侧壁冷板1与吸波材料3之间的辐射换热能力。

综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃无庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (7)

1.一种用于真空热试验的散热装置，其特征在于：包括侧壁冷板（1）和底部冷板（2），所述底部冷板（2）上分布有金属冷芯（4），在所述金属冷芯（4）上设有与其相匹配的所述吸波材料（3），在所述金属冷芯（4）与所述底部冷板（2）的接触面、所述侧壁冷板（1）与所述底部冷板（2）的接触面均涂覆导热硅脂，所述金属冷芯（4）和所述底部冷板（2）表面、所述侧壁冷板（1）内外表面、所述吸波材料（3）底面均喷涂高发射率的强化散热涂层。

2.根据权利要求1所述的用于真空热试验的散热装置，其特征在于：所述吸波材料（3）与所述金属冷芯（4）的尺寸、顶角形状相适配，所述吸波材料（3）套设在所述金属冷芯（4）上。

3.根据权利要求2所述的用于真空热试验的散热装置，其特征在于：所述金属冷芯（4）的安装间距与所述吸波材料（3）的角锥间距相同。

4.根据权利要求2所述的用于真空热试验的散热装置，其特征在于：所述吸波材料（3）整体安装至所述金属冷芯（4）和所述底部冷板（2）上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于真空热试验的散热装置，其特征在于：还包括冷板支架（5），所述底部冷板（2）设于所述冷板支架（5）上。

6.一种用于真空热试验的强化散热方法，其特征在于：包括

根据航天器对吸波热沉的需求确定吸波材料（3）的尺寸、顶角，根据吸波材料（3）的面积制作相应大小的底部冷板（2）；

制作与吸波材料（3）顶角相同、可套装于吸波材料（3）内部的金属冷芯（4）；

在底部冷板（2）上安装金属冷芯（4），金属冷芯（4）的安装间距与吸波材料（3）的角锥间距相同；

在侧壁冷板（1）与底部冷板（2）间的接触面以及底部冷板（2）与金属冷芯（4）间的接触面均匀涂覆导热硅脂，在金属冷芯（4）和底部冷板（2）的表面、吸波材料（3）的底面及侧壁冷板（1）的内外表面喷涂强化散热涂层。

7.根据权利要求6所述的用于真空热试验的强化散热方法，其特征在于：真空试验时，底部冷板持续通入低温工质，使底部冷板（2）、侧壁冷板（1）及金属冷芯（4）持续低温，持续吸收吸波材料（3）传递的热能。

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