CN114852378A - 基于单相流体回路的可展开式热辐射器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于单相流体回路的可展开式热辐射器，与整星接口简单，能有效解决航天器散热能力不足的问题。包括：热辐射板、展开机构、流体回路管路、压紧释放装置、柔性热关节和流体回路工质；流体回路管路预埋在热辐射板内，流体回路工质运行于流体回路管路内；热辐射板通过展开机构与星体结构板相连；压紧释放装置用于固定处于收拢状态下的热辐射板；展开机构用于在压紧释放装置解锁后，将热辐射板转动展开至设定位置；在热辐射板相对星体结构板的折叠收拢处设置两根柔性热关节，两根柔性热关节的一端均预埋于热辐射板内部，分别连接流体回路管路的入口段与出口段；两根柔性热关节的另外一端分别与星体侧的管路连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种热辐射器，具体涉及一种基于单相流体回路的可展开式热辐射器，属于航天器热控技术领域。
背景技术
随着大型航天器向高性能、长寿命和大功率发展，各类侦查、雷达、通信卫星以及各种以激光技术为应用核心的军事应用卫星等的功率需求在不断增大；因发热量的增大，载荷散热需求日益突出。
传统的热控方法通常有两种：一是通过直接增加散热面积的方式，即增加星体自身舱外壁面的辐射面积来排散不断增加的仪器发热量；二是通过采用高低温分区(根据设备的工作温度范围，进行分区热管设计)或者热管耦合南北板散热面的方式，提高单位面积的散热能力。受限于设备布局以及运载包络等条件的影响，两种方法对星体总散热能力的提升仍然相对有限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于单相流体回路的可展开式热辐射器，能够有效提高航天器的整体散热能力。
所述的基于单相流体回路的可展开式热辐射器，包括：热辐射板、展开机构、流体回路管路、压紧释放装置、柔性热关节和流体回路工质；
所述流体回路管路一部分位于星体内部，另一部分预埋在所述热辐射板内；所述流体回路工质运行于流体回路管路内，用于收集星体侧的热量并传递至热辐射板的表面；
所述热辐射板通过所述展开机构与星体结构板相连，所述热辐射板能够相对星体结构板收拢或展开；所述压紧释放装置用于固定处于收拢状态下的热辐射板；所述展开机构用于在所述压紧释放装置解锁后，将所述热辐射板转动展开至设定位置；
在所述热辐射板相对星体结构板的折叠收拢处设置两根柔性热关节，两根所述柔性热关节的一端均预埋于热辐射板内部，分别连接预埋在所述热辐射板内的流体回路管路的入口段与出口段；两根柔性热关节的另外一端分别与星体侧的管路连接。
作为本发明的一种优选方式：还包括热关节收纳盒，所述热关节收纳盒用于限制两根所述柔性热关节的振动幅度。
作为本发明的一种优选方式：所述柔性热关节收纳盒包括：固定座以及一个以上收纳座；
所述固定座与热辐射板固接，令所述固定座与热辐射板相对的侧面为前侧面，在所述固定座的上端面、下端面以及后侧面中的一处以上设置所述收纳座；
每个所述收纳座上均并列设置有两个限位槽，分别用于使两个柔性热关节穿过，通过所述限位槽对所述柔性热关节进行限位。
作为本发明的一种优选方式：在所述热辐射板上设置一个以上压紧点，每个压紧点处对应一个压紧释放装置。
作为本发明的一种优选方式：所述的展开机构包括：主动铰链组件、从动铰链组件、驱动组件和安装板；
所述安装板固定于星体结构板侧，所述主动铰链组件和从动铰链组件同轴设置在所述安装板的两端，并分别与所述热辐射板连接；
驱动组件安装在安装板上，用于驱动主动铰链组件；所述主动铰链组件转动时，带动所述热辐射板绕所述主动铰链组件的轴线转动。
作为本发明的一种优选方式：在所述热辐射板两侧的外表面敷设有热控散热材料，用于向外部空间排散流体回路管路传递的热量。
作为本发明的一种优选方式：所述热控散热材料采用导电型铈玻璃镀银二次表面镜。
作为本发明的一种优选方式：所述热控散热材料通过胶结填料胶结在热辐射板两侧的外表面。
有益效果：
(1)本发明的可展开式热辐射器能够较大程度地提升星体的总散热能力，起飞前，热辐射器处于收拢状态，固定于星体结构板侧，可有效减小对运载包络的影响，从而可增大散热面积增大；定点后，热辐射器择机展开并锁定。
(2)本发明的可展开式热辐射器能有效提高航天器的整体散热能力，单幅可展开式热辐射器的扩展散热能力达1700W；可根据实际散热需求，调整热辐射板的散热面积，适应性强。
(3)热辐射板内预埋流体回路管路，能高效完成星体与热辐射板间的热量传递，并通过热辐射板完成热量排散。
(4)设置了压紧释放装置与展开机构，通过压紧释放装置可实现热辐射板的收拢固定，对整星轮廓尺寸的影响小，对运载包络的约束较弱；展开机构可实现热辐射板的在轨匀速展开，转动到位后并完成锁定。
(5)热辐射板与星体间主要通过展开机构连接固定，连接方式简单，便于总装。
(6)设置柔性热关节，能够适应热辐射板展开过程中轨迹的变化。
(7)设置柔性热关节收纳盒，便于限制柔性热关节在主动段的振动幅度。
附图说明
图1为本发明的基于单相流体回路的大型可展开式热辐射器的结构示意图；
图2为本发明中柔性热关节与预埋流体管路焊接方式示意图；
图3为本发明中柔性热关节收纳方式示意图；
图4为本发明中展开机构的结构示意图。
其中：1-热辐射板、2-展开机构、3-流体回路管路、4-压紧点、5-柔性热关节、6-流体回路工质、7-柔性热关节收纳盒；71-固定座；72-收纳座；8-铝不锈钢接头；201-主动铰链、202-从动铰链、203-驱动组件、204-安装板、205-接插件支座。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种基于单相流体回路的大型可展开式热辐射器，与整星接口简单，可适应通信、导航、遥感等不同领域的航天器；且易于工程实现，能有效解决航天器散热能力不足的问题。
如图1所示，该热辐射器包括：热辐射板1、展开机构2、流体回路管路3、压紧释放装置4、柔性热关节5和流体回路工质6。
其中流体回路管路3一部分位于星体内部，用于收集星体内部热量；另一部分预埋于热辐射板1内；流体回路工质6运行于流体回路管路3内(即在流体回路管路3内流动)，用于收集星体侧的热量并传递至热辐射板1的表面，再通过热辐射板1外表面的散热材料排散到外部空间。
如图1所示，在热辐射板1内部按设定规律盘绕流体回路管路3，预埋在热辐射板1内的流体回路管路3包括：管路入口段、中间段与管路出口段；在星体内完成热量收集的流体回路工质6从管路入口段进入热辐射板1内部的流体回路管路3(即中间段)，流体回路工质6流经热辐射板1后降温冷却，再由管路出口段回流至星体内部收集热量。
本例中热辐射板1为15mm厚的铝蜂窝板，上、下表面为0.3mm厚的铝蒙皮；流体回路管路3采用工字型铝合金，工字型高度为14.9mm，圆管处外径为14mm，内径为12mm。
热辐射板1通过展开机构2与星体结构板相连，热辐射板1能够相对星体结构板收拢或展开；航天器在轨前，热辐射板1处于收拢状态，与热辐射板1上的压紧点4对应的压紧释放装置安装在星体结构板侧，用于固定收拢状态下的热辐射板1。展开机构2用于在压紧释放装置解锁后，展开热辐射板1至指定位置并锁定。即：热辐射板1在收拢状态下，通过压紧释放装置固定于星体结构板侧；压紧释放装置解锁后，通过展开机构2将热辐射板1转动至指定位置，展开到位后即进行锁定。
其中压紧释放装置可采用星上常用的压紧释放装置，如图1所示，在热辐射板1设置5个压紧点4，每个压紧点4处对应一个压紧释放装置。压紧释放装置可与太阳翼压紧点对应的压紧释放装置共用。
如图2所示，在热辐射板1相对星体结构板的折叠收拢处设置两根柔性热关节5，两根柔性热关节5的一端均预埋于热辐射板1内部，分别连接预埋在热辐射板1内的流体回路管路2的管路入口段与管路出口段；两根柔性热关节5的另外一端分别与星体侧的管路连接。柔性热关节5与流体回路管路2之间采用铝不锈钢接头8焊接；本例中柔性热关节5为牌号1Cr18Ni9Ti的不锈钢波纹管。
该热辐射器利用流体回路实现了星体与热辐射板间的热量传递，并通过热辐射板1实现热量排散；采用压紧释放装置实现热辐射板的收拢固定，对整星轮廓尺寸的影响可忽略；采用展开机构2实现热辐射板的在轨匀速展开，转动到位后并完成锁定；该产品较大程度地扩展了航天器的总散热能力，可广泛用于遥感、通信、导航、小卫星等领域，适应性强。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，进一步的，在热辐射板1两侧的外表面还设置有热控散热材料，用于向外部空间排散流体回路管路3传递的热量；本例中热控散热材料采用导电型铈玻璃镀银二次表面镜。导电型铈玻璃镀银二次表面镜通过胶结填料胶结在热辐射板1两侧的外表面，胶结填料采用掺有碳粉的RTV566胶结剂。可根据实际热耗情况，调整热辐射板外表面热控散热材料的覆盖面积。
实施例3：
在上述实施例1或实施例2的基础上，进一步的，为实现卫星发射段对柔性热关节5振动位移的限位，保证在轨后热辐射板1能够可靠展开，设置了柔性热关节收纳盒7；柔性热关节收纳盒7与热辐射板1固接，用于限制柔性热关节5在主动段的振动幅度。
如图3所示，柔性热关节收纳盒7的材料为聚酰亚胺；柔性热关节收纳盒7包括：固定座71以及三个收纳座72；令固定座71与热辐射板1相对的侧面为前侧面，三个收纳座72分别设置在固定座71的上端面、下端面以及后侧面。每个收纳座72上均并列设置有两个凹槽作为限位槽，分别用于使两个柔性热关节5穿过，即柔性热关节5呈U形，其弧形段位于固定座71后侧面收纳座72的限位槽内，两个平行段分别位于上端面、下端面收纳座72的限位槽内，每个限位槽均从柔性热关节5的左右两侧对其进行限位。
采用上述结构形式的柔性热关节收纳盒7，在卫星发射段用于限制柔性热关节5的振动位移，同时能够适应辐射器展开时热关节的运动轨迹。
实施例4：
在上述实施例1-3的基础上，进一步给出展开机构2的具体结构形式。
如图4所示，展开机构2包括：主动铰链组件201、从动铰链组件202、驱动组件203、安装板204和接插件支架205。
其中安装板204固定于星体结构板侧，主动铰链组件201和从动铰链组件202同轴装配在安装板204的两端，并分别与热辐射板1连接，用于带动热辐射板1绕主动铰链组件201的轴线转动，并在展开到位锁定后保证机构锁定刚度；驱动组件203安装在安装板204上，作为驱动源驱动主动铰链组件201转动。接插件支座205固定于安装板204上，用于电连接器的安装固定。
在压紧释放装置解锁后，驱动组件203通过遥测指令转动，驱动主动铰链组件201转动，并通过热辐射板1带动从动铰链组件202随动直至转动到设定的目标角度，并在锁定到位(如采用常用的机械锁钩的形式进行锁定)后停机给出到位信号。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于单相流体回路的可展开式热辐射器，其特征在于，包括：热辐射板(1)、展开机构(2)、流体回路管路(3)、压紧释放装置、柔性热关节(5)和流体回路工质(6)；
所述流体回路管路(3)一部分位于星体内部，另一部分预埋在所述热辐射板(1)内；所述流体回路工质(6)运行于流体回路管路(3)内，用于收集星体侧的热量并传递至热辐射板(1)的表面；
所述热辐射板(1)通过所述展开机构(2)与星体结构板相连，所述热辐射板(1)能够相对星体结构板收拢或展开；所述压紧释放装置用于固定处于收拢状态下的热辐射板(1)；所述展开机构(2)用于在所述压紧释放装置解锁后，将所述热辐射板(1)转动展开至设定位置；
在所述热辐射板(1)相对星体结构板的折叠收拢处设置两根柔性热关节(5)，两根所述柔性热关节(5)的一端均预埋于热辐射板(1)内部，分别连接预埋在所述热辐射板(1)内的流体回路管路(2)的入口段与出口段；两根柔性热关节(5)的另外一端分别与星体侧的管路连接。
2.如权利要求1所述的基于单相流体回路的可展开式热辐射器，其特征在于：还包括热关节收纳盒(7)，所述热关节收纳盒(7)用于限制两根所述柔性热关节(5)的振动幅度。
3.如权利要求2所述的基于单相流体回路的可展开式热辐射器，其特征在于：所述柔性热关节收纳盒(7)包括：固定座(71)以及一个以上收纳座(72)；
所述固定座(71)与热辐射板(1)固接，令所述固定座(71)与热辐射板(1)相对的侧面为前侧面，在所述固定座(71)的上端面、下端面以及后侧面中的一处以上设置所述收纳座(72)；
每个所述收纳座(72)上均并列设置有两个限位槽，分别用于使两个柔性热关节(5)穿过，通过所述限位槽对所述柔性热关节(5)进行限位。
4.如权利要求1所述的基于单相流体回路的可展开式热辐射器，其特征在于：在所述热辐射板(1)上设置一个以上压紧点(4)，每个压紧点处对应一个压紧释放装置。
5.如权利要求1所述的基于单相流体回路的可展开式热辐射器，其特征在于：所述的展开机构(2)包括：主动铰链组件(201)、从动铰链组件(202)、驱动组件(203)和安装板(204)；
所述安装板(204)固定于星体结构板侧，所述主动铰链组件(201)和从动铰链组件(202)同轴设置在所述安装板(204)的两端，并分别与所述热辐射板(1)连接；
驱动组件(203)安装在安装板(204)上，用于驱动主动铰链组件(201)；所述主动铰链组件(201)转动时，带动所述热辐射板(1)绕所述主动铰链组件(201)的轴线转动。
6.如权利要求1所述的基于单相流体回路的可展开式热辐射器，其特征在于：在所述热辐射板(1)两侧的外表面敷设有热控散热材料，用于向外部空间排散流体回路管路(3)传递的热量。
7.如权利要求6所述的基于单相流体回路的可展开式热辐射器，其特征在于：所述热控散热材料采用导电型铈玻璃镀银二次表面镜。
8.如权利要求6或7所述的基于单相流体回路的可展开式热辐射器，其特征在于：所述热控散热材料通过胶结填料胶结在热辐射板(1)两侧的外表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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