CN115143354A - 大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，属于空间光学遥感技术领域，本发明包括至少一个刚性支座；若干单向迷宫式复合柔性结构；以及安装在所述刚性支座和所述单向迷宫式复合柔性结构顶端的连接件；若干所述单向迷宫式复合柔性结构以所述刚性支座为中心呈周向分布在所述刚性支座外侧、并远离所述刚性支座，本发明运动学支撑采用刚性支座与若干单向迷宫式复合柔性结构组合的布局方式实现了辐射散热器的完全定位，又不会导致过定位，确保辐射散热器满足刚度及强度需求，以适应严苛的发射动力学环境，利用若干单向迷宫式复合柔性结构，可应用于辐射散热器面积大、工作温度范围宽的场合，实现了具有良好消热能力的有益效果。

Description

大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑

技术领域

本发明涉及空间光学遥感技术领域，尤其涉及一种大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑。

背景技术

目前，可见/红外共孔径遥感器是当前空间光学遥感技术的发展趋势之一，遥感器上的可见电箱、红外制冷机等设备日益复杂庞大，相应工作热耗也越来越高，这就要求上述电子学设备具备良好的导热、散热途径与能力。在遥感器合适位置设置大面积低温辐射散热器是解决导热、散热问题的有效途径。随着辐射散热器面积的增加，工作时产生的变形量越来越大，这就要求辐射散热器支撑不仅要满足刚度及强度需求，以适应严苛的发射动力学环境，还应满足隔热及消热需求，防止辐射散热器的热变形传递到遥感器上；

现有技术中，传统的运动学支撑，虽然能够满足动力学要求，但难以满足大面积辐射散热器的消热需求，而柔性支撑虽然可以起到消热作用，存在着形变小、热应力大等缺点，无法适应大面积辐射散热器产生的大形变，铰链支撑方式，虽然能够产生大形变，但存在着零件多、形状复杂、抗振性差等缺点；

所以，就以上问题，本发明提供一种在工程应用中，具有良好消热能力的一种大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑是必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种适用于大面积低温辐射散热器的安装与固定，达到运动学定位、消除热应力的目的，既能够满足动力学要求，又具有良好消热能力的一种大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，包括：

至少一个刚性支座；

若干单向迷宫式复合柔性结构；以及

安装在所述刚性支座和所述单向迷宫式复合柔性结构顶端的连接件；

其中，若干所述单向迷宫式复合柔性结构以所述刚性支座为中心呈周向分布在所述刚性支座外侧、并远离所述刚性支座，从而扩展所述消热运动学支撑的支撑面积并适应辐射散热器热变形。

进一步的，所述刚性支座设置于所述辐射散热器非散热面中心位置，若干所述单向迷宫式复合柔性结构分布在所述辐射散热器非散热面边缘位置、并以所述刚性支座为中心呈辐射状分布，且所述单向迷宫式复合柔性结构刚度较弱的方向指向所述刚性支座。

进一步的，所述单向迷宫式复合柔性结构与所述刚性支座之间连线形成一条虚拟辐射线，相对设置在所述刚性支座两侧的所述单向迷宫式复合柔性结构形成的所述辐射线共线，且两条所述辐射线长度相等。

进一步的，所述连接件为螺母，所述螺母与所述刚性支座和所述单向迷宫式复合柔性结构螺纹连接。

进一步的，所述刚性支座和所述单向迷宫式复合柔性结构的材质均钛合金。

进一步的，所述刚性支座，其顶端具有上连接面，其底端具有下连接面，所述上连接面和所述下连接面之间连接有呈锥体结构的刚性段，所述上连接面中部设置有连接柱，用于安装所述连接件。

进一步的，所述刚性支座底端开设有多个安装孔，所述安装孔贯穿所述下连接面。

进一步的，所述单向迷宫式复合柔性结构具有本体部；

所述本体部间隔地设置有若干柔片，且若干所述柔片相互平行，所述本体部顶端设置有上凸台，所述本体部底端设置下凸台，所述上凸台上表面具有螺柱，所述螺柱安装有所述连接件；

其中，所述柔片变形方向指向所述刚性支座。

在上述技术方案中，本发明提供的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，有益效果：

本发明提供的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑与现有技术相比，刚性支座与单向迷宫式复合柔性结构构成运动学支撑，将辐射散热器的六个自由度完全约束，而辐射状分布的单向迷宫式复合柔性结构则释放了辐射散热器热胀冷缩的自由度，既能够满足辐射散热器的刚度及强度需求，又避免辐射散热器的热变形传递到遥感器上，单向迷宫式复合柔性结构采用迷宫式柔节，避免了柔片的应力集中，同时可以提供较大的形变，可应用于辐射散热器面积大、工作温度范围宽的场合，实现了大面积低温辐射散热器的安装与固定，达到运动学定位、消除热应力的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明公开的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑的轴测图；

图2是本发明公开的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑与辐射散热器装配后结构示意图；

图3是本发明公开的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑的刚性支座与连接件装配轴测图；

图4是本发明公开的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑的刚性支座的轴测图；

图5是本发明公开的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑的单向迷宫式复合柔性结构与连接件装配轴测图；

图6是本发明公开的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑的单向迷宫式复合柔性结构的主视图；

图7是本发明公开的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑的单向迷宫式复合柔性结构的轴测图。

附图标记说明：

100、刚性支座；101、下连接面；102、刚性段；103、上连接面；104、连接柱；

200、单向迷宫式复合柔性结构；201、螺柱；202、上凸台；203、柔片I；204、刚片I；205、柔片II；206、刚片II；207、柔片III；208、刚片III；209、柔片IV；210、刚片IV；211、柔片V；212、下凸台；213、第一变形空间；214、第二变形空间；

300、连接件。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1所示；

发明大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，包括：一个刚性支座100、若干单向迷宫式复合柔性结构200、以及若干连接件300；

连接件300安装在刚性支座100和单向迷宫式复合柔性结构200顶端，通过连接件300实现将该消热运动学支撑与辐射散热器固定连接，刚性支座100和单向迷宫式复合柔性结构200的材质均钛合金；

其中，若干单向迷宫式复合柔性结构200以刚性支座100为中心呈周向分布在刚性支座100外侧、并远离刚性支座100，具体的，若干单向迷宫式复合柔性结构200均布在刚性支座100边缘位置，该结构中通过若干单向迷宫式复合柔性结构200与刚性支座100构成组合式布局方式，即扩展了消热运动学支撑的支撑面积并适应辐射散热器热变形，同时满足大面积低温辐射散热器的安装与固定，达到运动学定位、消除热应力的目的；

组装时，参见图2所示，刚性支座100和单向迷宫式复合柔性结构200顶端均通过连接件300与辐射散热器固定连接，刚性支座100底端和单向迷宫式复合柔性结构200底端通过螺钉与遥感器固定连接；

参见图1、2所示；

优选的，刚性支座100设置于辐射散热器非散热面中心位置，具体的，辐射散热器非散热面为长方形结构，当然，根据实际设计需求辐射散热器非散热面也可以是圆形或其他多边形，若干单向迷宫式复合柔性结构200分布在辐射散热器非散热面边缘位置、并以刚性支座100为中心呈辐射状分布，且单向迷宫式复合柔性结构200刚度较弱的方向指向刚性支座100。也就是说若干单向迷宫式复合柔性结构200受力变形后、变形方向均在指向刚性支座100的方向上，使单向迷宫式复合柔性结构200更好地适应辐射散热器热变形来吸收能量、并消除热应力；

参见图1所示；

优选的，单向迷宫式复合柔性结构200与刚性支座100之间连线形成一条虚拟辐射线，相对设置在刚性支座100两侧的单向迷宫式复合柔性结构200形成的辐射线共线，且两条辐射线长度相等。也就是说刚性支座100两侧相对的两个单向迷宫式复合柔性结构200与刚性支座100之间的间距相等、且与刚性支座100形成的三个支撑点重合在一条直线上；

参见图3、5所示；

优选的，连接件300为螺母，螺母与刚性支座100和单向迷宫式复合柔性结构200螺纹连接。

具体的，刚性支座100顶端中心位置设置有连接柱104，单向迷宫式复合柔性结构200顶端中心位置设置有螺柱201，连接柱104和螺柱201均与连接件300螺纹连接；

组装时，螺柱201和连接柱104贯穿辐射散热器的连接孔，连接件300与连接柱104和螺柱201螺纹连接、并将辐射散热器锁紧在刚性支座100和单向迷宫式复合柔性结构200顶端；

参见图4所示；

优选的，刚性支座100，其顶端具有上连接面103，其底端具有下连接面101，上连接面103和下连接面101之间连接有呈锥体结构的刚性段102，上连接面103中部设置有连接柱104，用于安装连接件300。优选的，刚性支座100底端开设有多个安装孔，安装孔贯穿下连接面101。

具体的，该结构中刚性支座100顶端通过上连接面103与辐射散热器非散热面以面的形式接触，刚性支座100底端通过下连接面101与遥感器以面的形式接触，且下连接面101面积大于上连接面103面积，从而使刚性段102形成锥体结构支撑在上连接面103和下连接面101之间；

组装时，刚性支座100顶端通过连接柱104与辐射散热器连接，刚性支座100底端通过安装孔与螺钉配合实现与遥感器固定连接；

参见图5-7所示；

优选的，单向迷宫式复合柔性结构200具有本体部；

本体部间隔地设置有若干柔片，且若干柔片相互平行，本体部顶端设置有上凸台202，本体部底端设置下凸台212，上凸台202上表面具有螺柱201，螺柱201安装有连接件300，其中，柔片变形方向指向刚性支座100。

具体的，该单向迷宫式复合柔性结构200包括本体部，本体部顶端一体成型有上凸台202、底端一体成型有下凸台212，本体部内部通过线切割工艺加工有第一变形空间213，通过第一变形空间213使该单向迷宫式复合柔性结构200的本体部具有迷宫式柔性环节；

工作状态下，牵动上凸台202，应力在上凸台202和下凸台212之间传递，本体部沿着柔片刚度较弱的方向产生一维平动，本体部的柔片发生变形，吸收应变能，并阻止应力自上而下传递到下凸台212，遥感器因而得到保护，其次，本体部内部形成第一变形空间213，通过第一变形空间213使本体部具有迷宫式柔性环节，从而使本体部实现曲折的传力路径，并受益于迷宫式柔性环节，避免了柔片的应力集中，同时可以提供较大的形变，实现应用于辐射散热器面积大、工作温度范围宽的场合，另外，多个单向迷宫式复合柔性结构200组合使用，能够实现消热作用的同时，还能够实现对辐射散热器的运动学定位；

参见图6所示；

优选的实施例中，第一变形空间213的迷宫路径为连续迷宫路径，具体的，迷宫路径在垂直于上凸台202和下凸台212长度方向的截面上的投影呈连续迷宫路径，且该第一变形空间213深度方向从本体部一侧延伸至至另一侧；

参见图6所示；

优选的实施例中，本体部沿竖直轴线呈左右对称结构，本体部通过线切割工艺加工后形成刚片和柔片，本体部长度为20～30mm、宽度为15～20mm、高度为30～50mm(参见图6所示，沿竖直轴线方向为该单向迷宫式复合柔性结构200的的高度，沿水平轴线方向为该单向迷宫式复合柔性结构200的宽度)，刚片厚度为2～3mm，柔片厚度为0.5～1mm，刚片与柔片交汇处圆角为R0.5～R1mm；

本体部包括柔片I203、刚片I 204、柔片II205、刚片II206、柔片III207、刚片III208、柔片IV209、刚片IV210、柔片V211，且若干柔片厚度相等，柔片I203、刚片I204、柔片II205、刚片II206、柔片III207、刚片III208、柔片IV209、刚片IV210、柔片V211各包括两片、并分布在竖直轴线两侧；

柔片I203末端与上凸台202连接，上凸台202上表面中心位置设置螺柱201，通过螺柱201和连接件300配合与辐射散热器连接，并组装固定在辐射散热器上，柔片V211末端与下凸台212连接；

本体部的柔片和刚片采用线切割工艺加工而成，柔片和刚片内壁利用上凸台2和下凸台12合围后形成第一变形空间100的边界线，便于本体部沿着柔片刚度较弱的方向发生变形，吸收应变能，另外，柔片和刚片的外壁与上凸台2和下凸台12之间均形成有形状为开放式的第二变形空间200的边界线，利用第二变形空间200，便于优先驱动柔片I3和柔片V11变形；

参见图6所示；

优选的实施例中，变形空间214开口位置的刚片与上凸台202和下凸台212以搭接的形式交错布置。

具体的，该结构中，柔片I203和柔片V211的长度大于柔片II205和柔片IV209的长度，从而使刚片II206与上凸台202下表面之间产生间隙、刚片III208与下凸台212上表面之间产生间隙，进而形成变形空间214开口位置，在变形空间214开口位置刚片II206与上凸台202、刚片III206与下凸台212实现以搭接的形式交错布置，当柔片I203和柔片V211变形后，方便上凸台202和下凸台212通过刚片II206和刚片III208驱动柔片II205、柔片III207、柔片IV209变形，更好地吸收能量；

参见图6所示；

优选的实施例中，若干柔片相互平行，若干刚片相互平行、并垂直于柔片设置，相对设置的两个刚片和柔片均间隙设置。

具体的，该结构中，通过将若干柔片相互平行设置，有利于柔片变形方向的一致性，通过将若干刚片相互平行、并垂直于柔片设置，且刚片的厚度大于柔片厚度，提高了该结构的整体强度，同时还有利于保证良好的应力传递，结构简单、可靠、低应力、大形变，并能够适用于大面积辐射散热器与遥感器之间的消热；

在上述技术方案中，本发明提供的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，大面积低温辐射散热器的安装方法：

刚性支座100通过下连接面101放置于遥感器上，并用螺钉拧紧，单向迷宫式复合柔性结构200通过下表面放置于遥感器上，并用螺钉拧紧，刚性支座100和单向迷宫式复合柔性结构200与遥感器固定连接；

辐射散热器放置于刚性支座100的上连接面103和单向迷宫式复合柔性结构200的上表面上，螺母安装在连接柱104及螺柱201上，拧紧螺母将辐射散热器固定在刚性支座100和单向迷宫式复合柔性结构200上；

有益效果：

本发明提供的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑与现有技术相比，刚性支座与单向迷宫式复合柔性结构构成运动学支撑，将辐射散热器的六个自由度完全约束，而辐射状分布的单向迷宫式复合柔性结构则释放了辐射散热器热胀冷缩的自由度，既能够满足辐射散热器的刚度及强度需求，又避免辐射散热器的热变形传递到遥感器上，单向迷宫式复合柔性结构采用迷宫式柔节，避免了柔片的应力集中，同时可以提供较大的形变，可应用于辐射散热器面积大、工作温度范围宽的场合，实现了大面积低温辐射散热器的安装与固定，达到运动学定位、消除热应力的目的。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，其特征在于，包括：

至少一个刚性支座(100)；

若干单向迷宫式复合柔性结构(200)；以及

安装在所述刚性支座(100)和所述单向迷宫式复合柔性结构(200)顶端的连接件(300)；

其中，若干所述单向迷宫式复合柔性结构(200)以所述刚性支座(100)为中心呈周向分布在所述刚性支座(100)外侧、并远离所述刚性支座(100)，从而扩展所述消热运动学支撑的支撑面积并适应辐射散热器热变形。

2.根据权利要求1所述的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，其特征在于；

所述刚性支座(100)设置于所述辐射散热器非散热面中心位置，若干所述单向迷宫式复合柔性结构(200)分布在所述辐射散热器非散热面边缘位置、并以所述刚性支座(100)为中心呈辐射状分布，且所述单向迷宫式复合柔性结构(200)刚度较弱的方向指向所述刚性支座(100)。

3.根据权利要求2所述的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，其特征在于；

所述单向迷宫式复合柔性结构(200)与所述刚性支座(100)之间连线形成一条虚拟辐射线，相对设置在所述刚性支座(100)两侧的所述单向迷宫式复合柔性结构(200)形成的所述辐射线共线，且两条所述辐射线长度相等。

4.根据权利要求1所述的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，其特征在于；

所述连接件(300)为螺母，所述螺母与所述刚性支座(100)和所述单向迷宫式复合柔性结构(200)螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，其特征在于；

所述刚性支座(100)和所述单向迷宫式复合柔性结构(200)的材质均钛合金。

6.根据权利要求1-5任一项所述的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，其特征在于；

所述刚性支座(100)，其顶端具有上连接面(103)，其底端具有下连接面(101)，所述上连接面(103)和所述下连接面(101)之间连接有呈锥体结构的刚性段(102)，所述上连接面(103)中部设置有连接柱(104)，用于安装所述连接件(300)。

7.根据权利要求6所述的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，其特征在于；

所述刚性支座(100)底端开设有多个安装孔，所述安装孔贯穿所述下连接面(101)。

8.根据权利要求1-5任一项所述的大面积低温辐射散热器的消热运动学支撑，其特征在于；

所述单向迷宫式复合柔性结构(200)具有本体部；

所述本体部间隔地设置有若干柔片，且若干所述柔片相互平行，所述本体部顶端设置有上凸台(202)，所述本体部底端设置下凸台(212)，所述上凸台(202)上表面具有螺柱(201)，所述螺柱(201)安装有所述连接件(300)；

其中，所述柔片变形方向指向所述刚性支座(100)。

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