真空热环境试验新型不锈钢结构热沉 加工工艺研究

热沉是空间环境模拟真空热试验设备的重要组成部分,其功能是为航天器进行真空热试验提供冷黑环境。在国内以往的空间环境模拟试验设备中,热沉多采用铝结构、铜结构或不锈钢-铜翅片结构。不锈钢热沉是新型的热沉结构形式,具有良好的真空低温性能。文章对不锈钢板式热沉的结构和加工工艺进行了研究探索,在经过大量焊接加工与试验分析的基础上,总结出一套不锈钢热沉的加工工艺技术。     

KM8不锈钢板式热沉激光焊接工艺研究

热沉是空间环境模拟器的重要组成部分之一,用于在真空热试验中产生冷黑环境。我国目前正在研制的KM8空间环境模拟器和KM7A空间环境模拟器的热沉均采用不锈钢板式结构,而不锈钢板式热沉的焊接加工工艺是亟需解决的技术问题。文章介绍了在KM8不锈钢板式热沉激光焊接工艺研究中,采用不同的工艺参数焊接了不同厚度的搭接组合板试件后,对这些试件进行了力学拉伸试验和焊缝分析与检测,并根据检测结果确定了不同厚度板材组合的最佳搭接焊接工艺参数。这些工艺参数在后续的生产实践得到了有效验证。     

流速及进出液口形式对板式热沉换热性能影响

热沉的换热性能直接影响空间冷环境的模拟效果。文章通过建立不锈钢板式热沉的几何结构模型,利用流体力学理论和有限元方法对板式热沉换热性能进行数值模拟。湍流计算采用RNG模型的k-ε方程,压力–速度耦合计算采用Simple算法,得到热沉壁面温度分布及换热特性参数,同时分析流速及进出口形式对热沉壁面温度均匀性及换热性能的影响。结果表明:较小的流速会导致热沉壁面温度均匀性变差,而流速的增加可以提高热沉的换热效率,但又会增加流体的压力损失。为保证热沉壁面温度分布均匀,需在综合考虑传热和阻力问题的基础上来确定最优的入口流速。当热沉有效尺寸较小时,则进出口布置形式不会影响板式热沉壁面温度的均匀性。     

激光脉冲圈焊工艺研究与应用

基于有限元软件MSC.MARC软件平台Hypermesh软件模块仿真模拟了激光连续圈焊和激光脉冲圈焊的温度场分布,模拟结果表明:激光脉冲圈焊可有效控制被焊工件温度场分布,焊接热影响区小,为此采用激光脉冲圈焊工艺焊接簧片式电磁阀簧片组件.研究了激光焊接频率与焊点重叠率以及激光焊接速度与焊缝强度和焊点重叠率之间的关系,从而得出了激光脉冲圈焊焊接工艺规范,即激光峰值功率Pf--300 W,激光基值功率Pj=200 W,激光焊接速度v=3.33 mm/s,激光频率f=20 Hz等,采用该焊接规范焊接完成的簧片式电磁阀已经应用于嫦娥五号探测器推进分系统、轨道器子系统以及上升器推进子系统的液体动力装置之中,并已经完成了飞行和月球探测任务.     

曲母线薄壳回转体零件的胀形

钭对曲母线回转体薄壳零件的特殊要求,采用液压胀形工艺;就工艺步骤、胀形用工装、胀形过程、变薄量和回弹量的确定作了介绍。     

动态新闻

<正>中国航天科技集团研发国内最大空间环境模拟器据中国航天报2013年11月7日报道,近日,由中国航天科技集团公司五院自主研发的国内最大空间环境模拟器KM8在五院天津滨海航天城超大型航天器AIT中心厂房内正式动工开建。KM8空间环境模拟试验设备为立式容器,将在大型真空容器空心法兰结构设计、不锈钢板式热沉研制、真空抽气方法优化技术、大载荷水平调节系统等方面实现多     

重力式自循环系统中热沉结构设计方法研究

文章对空间环境模拟器中的重力式自循环系统进行了介绍,分析系统的工作原理,明确了热沉管内流体的流动状态。对重力式自循环系统中的热沉结构设计方法进行研究,给出理论计算公式和热沉结构的设计流程。最后,根据确定的外流程输入条件,计算出热沉支管直径和支管热负荷随体积含气率的变化曲线,对重力式自循环系统的热沉结构设计提供了参考依据。     

调温热沉设备的状态空间法仿真设计

调温热沉设备日益成为部组件热真空试验的首选,它具有经济性好、使用方便、对试件无遮挡等优点。文章通过状态空间描述的分布参数模型,对调温热沉设备进行仿真设计,得出氮气、热沉、试件三者温度的动态关系,对于进口氮气温度、流量的选择和控制方案的制定都进行了深入的分析。所获取的数据可为采用热沉调温方式的热真空试验提供参考。     

调温热沉换热系统仿真设计与应用

调温热沉具有操作简单,经济性好,降温速率快,对试验件无遮挡等优点,因此,在部组件级热真空试验中具有越来越重要的地位和意义。对于调温热沉的设计,本文中通过采用基于M文件表述的S函数程序和状态空间描述的分布参数模型用于系统仿真,从而得出载冷剂、试验件、热沉三者之间的温度动态关系。继而得到热沉温度控制方案中控制参数的影响条件以及调温热沉设计方案中载冷剂的温度和流量的数据。     

提高空间环模设备中铝热沉高真空气密性的工艺措施

我国大型空间环境模拟器的铝热沉,工作于-196～+100℃的温度,内压最高1.6MPa。其中主容器热沉是一个直径10.5m、高20m 的鼠笼形立式铝列管热交换器。整个热沉由2500多根铝管焊接而成,焊缝数量超过5000道。热沉有很严格的真空气密性要求,整个热沉的总漏率要求不大于1×10~(-6)Pa·m~3/s。文章分别从管件检测、纯铝焊接、高真空检漏等方面论述了确保热沉高真空气密性的措施。     

航天器真空热试验用加热板的数值仿真

文章针对加热板在航天器热试验中的传热特点,利用Thermal Desktop软件建立了加热板和空间模拟器热沉的热数学模型,分析了电热丝数量、加热板材料和液氮管路布置方式对加热板升、降温时间和温度分布的影响;建立了模拟星、加热板和热沉的热模型,分析了加热板和星表间距对模拟星表面温度的影响。根据分析研究结果,提出了加热板设计及其在航天器热试验中的应用方法建议。     

红外加热笼进行瞬态外热流模拟的优化方法

为研究航天器真空热试验时红外加热笼模拟瞬态外热流的优化方法,文章建立了航天器器表、红外笼与热沉之间的辐射换热模型,得到舱板与红外笼的瞬态温度变化、器表到达热流密度的表达式,得出器表到达热流密度与器表内侧等效吸收热流密度和红外笼带条加电电流之间的关系。分析器表内侧等效吸收热流密度相同和不同的情况,基于红外笼加电控制周期为1 min和红外笼带条热容影响,对红外笼加电方式进行研究,提出变电流的优化加电方法。分析结果可为红外笼作为瞬态外热流模拟手段提供参考,减少瞬态外热流模拟误差。     

多部件热真空试验用冷板研究

在航天器部组件热真空试验中,当两个试件在同一个空间环境模拟器内试验时,应防止两者之间的热影响。由于试件本身的热性能参数和试验可能要求不同,减少这种影响的有效措施就是将两个试件用液氮冷板隔开,这就要求在试验中冷板的温度必须与热沉基本一致。文章通过对适合做冷板的结构进行有限元分析,设计了一种新型的液氮冷板,能够将两个试件之间的热影响降低到很小。试验结果表明,这种结构的冷板能适应热真空试验的各种工况。     

低气压温控设备的舱内环境温度影响因素分析

低气压温控设备用于模拟临近空间低气压和高低温环境,低气压环境的温度场控制是低气压温控设备的关键指标,也是设计难点。文章首先通过Fluent软件对无风扇扰动的低气压舱中的环境温度进行数值仿真,研究热沉开孔对舱内环境温度的影响;在低气压舱模型中增加风扇模型,分析强制换热对低气压舱内环境温度的影响。通过在低气压温控设备中进行的无强制对流的温度控制试验,研究此时空间温度的降温速率、试验舱压力和舱内试件工装对舱内环境温度的影响。数值计算和试验研究结果表明,热沉开孔、扰动风扇、试验舱压力和试件工装均对低气压舱内环境温度有影响,在低气压温控设备的研制中,需综合考虑上述因素。     

航天器高温热密封设计方法及性能评价

针对先进航天器高温热密封设计领域缺乏系统的设计方法及性能评价准则的现状，基于飞行器热密封设计基本原理，通过理论分析及设计流程优化，设计并开展了高温热失重试验、高温压缩/回弹试验、高温摩擦/磨损试验、冲击和反复加载试验以及高温缝隙泄漏试验，获得了典型密封结构与密封材料的基本性能参数，并提出系统的高温热密封性能评价方法。在此基础上，利用电弧射流平台，对典型连接位置以及某折叠翼热密封设计方案的有效性进行了验证与性能评价，相关成果可为航天器高温热密封设计及性能评价提供理论基础与试验数据 支撑 。     

对接机构综合试验台温度环境模拟分系统温场优化

为改善某新型对接机构综合试验台温度环境模拟分试验系统的温度和压力均匀性,基于温场特性分析,用三维标准κ-ε模型对系统送风散流装置结构模型进行改进。发现散流装置的送风方式和结构对温度与压力均匀性影响较大。用仿真对散流器进行优化以改善流场,通过增设静压室和布风散流装置,在送风温度不变时可将温场温度均匀度控制在1 K内,压力梯度下降至改进前的0.5%,且改进后的送风结构能较好地满足温场体积变化后的试验要求。     

反熔丝FPGA器件真空发热及散热措施

航天电子元器件工作于真空环境时,必须格外考虑其发热及散热问题.文章对某反熔丝FPGA器件工作于真空环境时温度与功耗的关系及散热措施进行研究.通过热真空试验得到该器件不同散热措施及PCB条件下的发热及散热情况数据,并依据数据分析给出其在真空环境下的散热措施建议.该器件采用了带热沉的陶瓷四侧扁平208引脚封装(CQFP20...     

空间环境模拟器热沉热辐射当量吸收特性研究

文章采用蒙特卡罗法模拟射线的传输过程,分别对两种热沉形式的热辐射当量吸收系数进行了数值计算,研究了表面形式、几何高度及入射光线方向等参数对表面热辐射当量吸收系数的影响。计算表明,正六边形凹腔形式的吸收效果远好于正四棱锥形式,但这种结构形式的吸收有明显的方向性,正四棱锥形式对光线的吸收呈现各向同性。     

HFC134a喷雾闪蒸冷却换热特性的实验研究

喷雾闪蒸冷却由于可以在较小的工质流量下实现很高的散热能力,在高热流密度散热、航天器热控和热防护等领域具有广阔的应用前景。本文建立了喷雾闪蒸冷却实验系统,对环境压力下以HFC134a为工质的喷雾闪蒸冷却换热特性进行了实验研究,得出了喷雾闪蒸冷却的换热特性曲线、临界热流密度(critical heat flux,CHF)以及被冷却表面温度随喷雾高度和流量的变化曲线,分析了适用于热控的最佳喷雾高度和流量。