单相流体回路在卫星热控制中的应用研究

单相流体回路系统是航天器主动热控技术中的一种重要方式,文章概述了流体回路的工作原理及理论基础,总结了单相流体回路的设计思路,设计了一个可参考的流体回路方案,在SINDA/FLUINT中建立数值仿真模型进行分析计算,并评价了其应用性能,结果显示,将单相流体回路系统应用于卫星,可取得很好的控温效果。     

载人运输飞船流体回路方案研究

流体回路是载人运输飞船热控分系统的重要组成部分,结合飞船所采取的其他热控措施,流体回路必须满足各种可能出现的热工况要求,同时尽量少占用飞船的资源。在进行分析和比较的基础上,确定流体回路的方案和系统配置,结合对接目标的热设计,重点解决与目标停靠期间的热控问题。文中介绍了载人运输飞船流体回路的主要设计要求及考虑重点,在能量平衡分析的基础上设计了两种流体回路方案,并进行了热分析计算和性能比较,对流体工质的选择也提出了建议。     

单相流体回路工质的试验研究

介绍了单相流体回路设计中流体工质的基本性能参数与选择标准,还介绍了流体回路试验平台;比较了"神舟"飞船流体工质和混合物Secool-3工质的物理特性参数,并进行了室温工况和低温工况试验,试验结果表明Secool-3工质应用于单相流体回路具有较好的系统性能。     

空间大功率热源两相温控系统设计与仿真

为解决未来空间应用中大功率热源带来的温控问题,提出了集微槽道蒸发器、相变装置和热辐射器在内的泵驱两相流体回路热排散系统方案,在此基础上开展了系统仿真工作,对流体回路运行特性和温控能力进行了研究。仿真结果反映了大功率热源短时工作条件下两相流体回路温度、饱和压力和干度的变化特征,两相流体回路工作特性符合设计预期,60 kW分布式大功率热源峰值温度能够控制在70℃以下。对泵驱动能力过剩所带来的不利影响进行了仿真分析,得出了泵驱动能力过剩导致两相回路系统温差增大的结论。分析了蒸发器和相变装置换热性能对温控系统的影响。蒸发器换热性能降低后,热源温度将超出要求范围;相变装置换热性能降低后,泵可能受到气蚀影响。     

自适应控温冷板的设计与性能分析

为改善航天器热控系统的控温可靠性,基于石蜡感温相变体积发生变化的特性,构建了自适应控温冷板,并给出了自适应控温冷板内的石蜡和复位弹簧的设计模型。在此基础上,为了开展自适应控温冷板的性能分析研究,建立了采用自适应控温冷板的航天器单相流体回路热控系统,并基于集总参数法构建该单相流体回路热控系统的热网络模型。结果表明,所设计的自适应控温冷板在不同的热载荷条件下具备可靠的自适应控温能力,合理选择石蜡参数和优化结构设计可改善控温性能,自适应控温冷板在地面电子设备及空间热载荷的控温领域有较好的应用前景。     

基于泵变频调速的航天器热控制技术

文章针对某单相流体回路地面原理样机,提出采用泵变频调速技术进行控温,并对系统控温特性进行了地面试验研究,整个瞬态试验过程中控温精度一般都在士0.3℃以内,最大波动也基本不超过±0.5℃,基于泵变频调速技术的热控制策略性能优良、有效,试验结果可供实际工程设计参考.     

单相流体回路系统的性能集成分析

文章概述了对流体回路系统研究时可采用的 3种方法 ,介绍了单相流体回路热性能和流动性能的分析计算过程 ,并以一个流体双回路系统为例 ,进行了MATLAB编程计算与SINDA/FLUINT建模计算 ,通过对两种结果的比较 ,初步验证了利用SINDA/FLUINT软件对该系统进行热性能和流动性能集成仿真分析的可行性。     

空间科学实验平台气液回路方案

空间科学实验平台是为突破单一化实验装置设计模式而研制的一种多用途空间科学实验平台. 根据空间科学实验平台内气液回路设计的相关问题, 给出了回路系统中主要设备的相关设计方法, 包括循环风机、气-液换热器、冷板, 并根据传热效率和系统安全性的考虑, 对流体工质的选择提出建议. 初步分析结果及国际类似研究证明, 气液回路技术结合其他主动及被动热控制措施, 可以很好地满足空间实验平台内部仪器设备及样本的不同温度控制要求.      

多孔板水升华器试验研究

探索了多孔板的制造方法,设计了水结器试验单元件和试验装置;对不同的多孔板升华器进行了试验研究,试验重点研究了热流体入口温度和流量、多孔板物理参数、给水室压力及升华器放置情况对升华器性能的影响。试验结果证明文章提出的升华器基本的设计概念是可行的,并给出了关于水升华器进一步设计的一些有益的结论。     

航天遥感器用泵驱两相流体回路热真空试验研究

针对航天遥感器核心组件的高精度与高稳定度的控温需求,设计并搭建了一套泵驱两相流体回路(MPTL)试验装置,该装置使用了一套具有被动冷却能力的两相控温型储液器。为验证MPTL系统在高真空、极低温与变化外热流条件下的工作能力,在真空罐内对MPTL系统在不同工况点下的散热与控温能力进行了测试,并通过温度和压力等数据研究了主回路的运行特性、储液器内热力学变化特性及两者之间的传热传质过程。结果表明：MPTL系统的控温点可通过储液器进行快速调整,蒸发器温度的变化受外热流与热源开关影响较小;进入毛细管中的过冷液与储液器中的液相形成的温差保证了储液器冷量的供应;主回路发生相态转变时,储液器与主回路工质交换特性引起了系统压力降脉动。     

卫星单相流体回路热控系统前馈PID控制

利用传热学相关理论,对卫星单相流体回路热控系统的传热机理进行了分析与简化,建立起一个包括卫星单相流体回路各热组件模型、受控对象模型与控制系统模型的系统动态热模型。针对卫星单相流体回路系统惯性比较大,温度经常超调的特点,提出在现有PID反馈控制的基础上,引入系统热负荷作为反映系统扰动信号的前馈控制,以减少系统温度的动态偏差。利用热力学模型进行了仿真研究,仿真结果表明:采用以"系统热负荷"为信号的前馈PID控制温度超调量更小,具有更好的控制性能。仿真结果也可用于指导工程设计。     

丙烯环路热管补偿器的可视化实验研究

通过采用石英补偿器和高速摄像机实现了对丙烯环路热管补偿器的可视化实验研究，重点研究了补偿器内工质的状态随充装量和传热量的变化及充装量对环路热管传热性能的影响。研究发现，容积为51.4 mL的环路热管最佳充装量约为19.7 g。充装量小于最佳充装量的各工况下，能观察到对应补偿器内工质液面高度低于引流管，蒸发器和补偿器之间相变换热强烈，引流管外壁面明显有工质的冷凝及流动，且工质冷凝和流动的速度随着传热量的增加而加快；随着充装量增加，环路热管传热热阻减小，280 K工作温度以下的传热量增大。最佳充装量对应的补偿器内液面高度浸没引流管而接近蒸发器核心通道顶端，得到280 K以下最大传热量为40 W，对应的最优传热热阻为2 K/W。充装量大于最佳充装量的工况下，补偿器内液面高度超过蒸发器核心顶端，随着充装量增加，环路热管传热热阻增大，280 K以下的传热量减小。补偿器和蒸发器核心通道内的工质分布能影响蒸发器向补偿器的漏热量，这是充装量影响环路热管性能的重要原因。      

液氮温区平板蒸发器环路热管实验研究

深低温环路热管是一种高效的深低温两相传热器件,未来可广泛应用于红外探测等空间项目的低温热控系统。为有效减小热管与热负荷间的接触热阻及热管的背向漏热,采用氧化锆作为毛细芯材料,研发了氮工质平板蒸发器环路热管,重点研究了热管的自启动特性、传热性能以及在间歇性热负荷下的运行情况。结果表明:在无辅助情况下,液氮温区平板蒸发器环路热管自启动性能良好,可依靠工质扩散从室温迅速降温至液氮温区。环路热管能够在70~100 K温区稳定运行,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小,最大传热功率为15 W,最小热阻为0.8 K/W。在蒸发器间歇性加热的情况下,环路热管可以保持温度稳定,热响应迅速,无需二次降温。液氮温区平板蒸发器环路热管有效满足了空间低温光学系统的热控制系统的热传输需求。      

热电致冷器和毛细泵驱动的小型热公用回路

适合卫星应用的小型热公用回路,可以实现发热设备在星内立体布局,摆脱对散热面的依赖,使卫星的集成度提高,满足大型有效载荷按功能集成后的散热需要。用毛细泵代替机械泵,可以实现无运动部件的高可靠、长寿命、适合卫星应用的小型两相热公用回路。该回路需要对毛细泵主动加热促使工质流动,需要消耗一定的功率。如何降低毛细泵的功耗,是毛细泵驱动的热公用回路实用化的关键。理论和实验证明,热电致冷器在小温差下有较高的热泵系数,用热电致冷器加热毛细泵比直接电加热更经济。     

空间流体回路单点恒温控制方案

空间流体回路的载荷支路来流温度在一定范围内随机变化,需采取有效热控措施消除来流温度变化对回路单点位置处恒温工作载荷的热影响.传统电加热方式需要额外能耗并且会产生废热,本文提出一个PID控制下的冷热回路交混控温方案,在充分利用工质吸收的废热、提高机柜内能源利用率的同时,实现对恒温设备冷板入口温度的精确控制,以满足冷板上载荷的恒温工作需求;设计流体回路组成与控制方案,并通过仿真分析对方案进行了验证.结果表明,该流体回路系统可以满足对来流温度的高精度控制要求,且相比于PID控制算法,模糊PID的控制效果更好,具有响应快、超调量小、控制精度高等特点,应优先选择模糊PID作为控制算法.      

并联蒸发器环路热管实验研究

采用并联蒸发器环路热管作为传热元件,并联冷却管辐射器作为散热部件,建立了包括热量收集、传递与排散的环路热管(LHP)集成试验系统,并进行了实验研究。实验结果表明:在并联蒸发器LHP系统中,蒸发器按顺序先后启动是其稳定的启动方式;在LHP运行过程中,当LHP工作在可变热导模式下,只有一个液体补偿器中保持汽液两相状态,并控制着LHP的运行温度,另一个液体补偿器则被充满液体,且处于过冷状态;在总热负荷不变的情况下,随着热负荷在蒸发器之间的分配不同,LHP的运行温度改变。当LHP工作在固定热导模式下,LHP的运行温度只与总热负荷有关,而与热负荷的分配情况无关。     

环路热管复合芯传热与流动特性分析

环路热管是目前航天器热控制领域最前沿的热控技术之一,而高性能的毛细芯是其高效可靠运行的保证.为不断提升毛细芯的综合性能,目前毛细芯由单一结构向着复合结构发展.建立了圆柱型蒸发器环路热管应用的双层复合结构毛细芯的数学模型,对其传热与流动特性进行了分析,重点考察了热载荷以及复合芯内外层厚度比的影响,并同单一结构的毛细芯进行了比较.分析结果表明:复合芯在获得高的毛细抽吸力和蒸发效率的同时,可实现低的流通阻力与径向热导,其传热与压降特性明显优于单层芯,是高性能毛细芯的发展趋势;当复合芯的整体尺寸一定时,复合芯内外层的厚度比越大,复合芯的径向热导和流通阻力越小,有利于提高环路热管的运行性能.