航天器蓄电池放电发热量测试方法系统误差分析

蓄电池发热量是航天器蓄电池热控设计的重要参数,其测试准确度直接影响热控设计状态和在轨工作温度。文章采用真空绝热量热法对蓄电池发热量测试系统进行了漏热分析,并给出了修正方法;以模拟蓄电池为研究对象,分析了蓄电池发热量测试误差,并提出了改善系统测量准确度的解决方案。结果表明,当放电时间大于1 h,航天器蓄电池发热功率在2~25 W范围内时,测试误差不超过6%,且发热功率越大误差越小;当发热功率大于10 W时,测试误差不超过3%,可以满足工程要求;对于发热功率较小(绝对值小于0.5 W)的小电流放电或充电,测试误差较大,但绝对值仍然较小,对实际工程影响不大。     

火星探测器锂氟化碳电池热特性测量方法

锂氟化碳电池是新一代轻质化电池,比能量高且安全可靠,是火星探测器储能电源一次电池的佳选。但其放电过程反应热大,热效应非常明显,故须对其关键热特性参数如比热容和发热量进行测量研究。文章采用ARC(accelerating rate calorimeter)测量方法对锂氟化碳软包电池热特性进行测量,获得了电池的比热容及不同荷电态下的放电发热量,误差在工程允许范围内。研究结果可为深空探测器锂氟化碳电池的应用提供参考,并可推广至后续深空领域高能量比一次电池的工程化应用。     

基于多尺度的空间锂离子蓄电池单体电-热耦合模型

针对高比能兼顾高功率的锂离子电池,高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差,传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合,以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对象,建立了一维电化学与三维热双向耦合模型,获取了电池在绝热环境下不同倍率放电的电压、温度和发热功率变化,仿真结果与实验值吻合度高,分析得到单体电池大倍率放电的本征热安全区间为0～75%放电深度(DOD)。同时,计算发现随着放电倍率的增加,放电结束时电池温度最高区域由电芯内部中心位置逐渐变成正极极柱,最大温差逐渐增大,3 C时达到0.82℃。假设增加底面恒温散热,3 C放电结束的最大温差高达11.18℃。本文建立的模型不仅适用于空间锂离子蓄电池单体的研发,还适用于电池组的热仿真设计。     

热电池用熔融盐电解质性能实验研究

为了研究热电池用熔融盐电解质的工作性能，分别采用ＬｉＦ／ＬｉＣｌ／ＬｉＢｒ、ＬｉＢｒ／ＫＢｒ／ＬｉＦ、ＬｉＣｌ／ＫＣｌ三种不同电解质制备单体电池，通过在不同温度、不同电流密度下进行单体电池放电实验；对电解质的工作机理进行了讨论，最后总结出每种电解质的最佳适用条件。     

基于Fe-FeCl3的变种金属-空气电池性能测试

本研究设计了一种基于Fe-FeCl3体系的变种空气电池,通过开路电压、恒电流放电等测试,比较了其与传统商用Fe-空气电池的放电性能.结果 表明,Fe-FeCl3电池的开路电压更高,放电潜力更大;且在任一恒定放电电流下Fe-FeCl3均拥有更高的放电电压,其放电做功能力显著优于商用Fe-空气电池;该电池的放电效率随放电电...     

载人飞船密封舱漏热问题研究

密封舱漏热是载人飞船热控系统设计中必须考虑的一个关键因素,是影响飞船热平衡和舱内温度的一项重要参数。建立了求解密封舱漏热的热物理模型,分析了各种参数对密封舱漏热的影响。结果表明：（1） 在一定温度范围内,密封舱漏热与舱内空气温度近似呈线性关系;（2） 返回舱漏热高于轨道舱,主要原因是导热热阻的基数偏小;（3） 漏热随外热流增大而减小,返回舱漏热波动较大,调节其热控涂层的α_S和ε_h值将导致返回舱漏热和漏热波动出现相反变化,为同时减小漏热和漏热波动,推荐采用较低α_S和ε_h 值的热控涂层;（4） 返回舱漏热受舱内壁对流换热系数影响较大,特别在2W/(m^2·K)附近。
     

折叠状航天器太阳电池阵在轨热分析(Ⅱ)--计算结果和分析

采用 SIP算法 ,对高 H =2 0 0 km的在轨航天器折叠状太阳电池阵的三维不稳定温度分布做了数值分析。计算时仔细考虑了不同时刻电池阵不同的热输入。计算网格 N =N1 × N2 × N3=14× 2 2× 2 2 =6776,初始温度T0 =2 78K。获得了抛罩 -展开Δ t=3 2 5 4 s间隔内 4块折叠状太阳电池阵三维不稳定温度场响应特点。比较了考虑和不考虑地球入射辐射对电池阵温度分布的影响。本文分析对航天器发射进而对折叠状太阳电池阵展开时刻的认定有重要参考价值     

燃烧供热热光伏系统实验研究

针对未来深空探测供电需求,设计了一套热光伏发电系统,采用丙烷燃烧器模拟同位素热源,并利用低禁带GaSb电池实现了系统的热电转换。研究了气体流量、过量空气系数、回热器性能、滤波器等对辐射器温度及电池输出功率、系统转换效率的影响。结果表明：电池输出功率随燃气量单调增加,而在一定燃气量下,存在一最优过量空气系数使其达到最大值;同时,回热器和滤波器对辐射器温度和电池输出特性有很大影响;本实验系统可以实现最大输出功率密度0.45W/cm 2,系统转换效率2.8%。     

太阳电池阵EM板热真空试验电路故障测试技术

太阳电池阵EM板热真空试验是考核太阳电池板适应热真空环境能力的关键试验。试验中需要对电池阵的电路进行多循环长期检测。文章中采用对EM板输出负载电压进行实时高频（≥10Hz）采集,同时对每个循环、每天的测试数据进行对比的测试方法检测电池电路的短路和开路故障。某航天器太阳电池阵EM板热真空试验采用此测试方法及时发现了电池电路异常,并在对问题工艺进行改进后重新投产;新产品通过了第二次热真空试验的考核,且在轨工作正常,证明了该测试方法的有效性。     

附加场强度对低工况AF-MPDT性能的影响

附加磁场强度与位形是大功率磁等离子体动力推力器(Applied Field Magnetoplasmadynamic Thruster, AF-MPDT)重要工作参数之一。为验证附加磁场强度对低工况下AF-MPDT性能的影响,采用北京控制工程研究所联合北京航空航天大学研制的100 kW级AF-MPDT原理样机,利用推力靶测量系统进行高温震动环境下的推力测量,针对不同附加磁场强度(30～230 mT)下的推力器开展中低功率性能研究实验。实验结果表明,在一定范围内,增加磁场强度可提升低工况下推力器推力、比冲、放电电压及效率等性能指标,并且放电电流越大,性能提升效果越明显。分析表明,低工况下AF-MPDT推力、比冲与磁场强度的平方根呈线性关系;推力器放电电压与磁场强度呈线性关系;推力器效率随磁场强度增强而增加,最终达到相应工况下的极限。     

单相流体回路控温算法建模与仿真分析

针对我国新的载人航天器在控制密封舱空气温湿度同时,要精确控制流体回路上电池等大热耗设备温度的需求,文章给出了航天器单相流体回路的PID控制、模糊增量控制和专家控制算法,解决了控温点前存在大热容和大热耗设备的流体回路控温问题。新的单相流体回路控温算法的提出和应用,可以有效简化流体回路复杂程度,减少10%的热控质量和功耗。     

液氢加注管道设计研究

文章介绍了一种典型漏热工况下液氢加注管道内径的选择方法。选择合适内径的加注管道能够降低液氢的加注消耗量,降低试验成本。液氢加注消耗主要包括:预冷管道液氢消耗;克服流阻液氢消耗;热侵造成的液氢消耗。根据典型漏热工况的要求,进行了管道的绝热结构设计。上述方法已被应用于某型号试验容器加注管道的设计和加工,并通过实际运行,对其加注效率和预冷液氢消耗量进行了核实。     

高适应能力单相流体回路控温特性实验研究

未来新型卫星平台由于飞行任务的需要,不仅可能面临姿态大范围变化导致的外热流大幅度改变,而且内部热负荷也可能同时发生大范围变化,这两点因素都要求热控系统具有更强的适应能力。而传统的以被动热控为主、电加热为辅的热设计受制于各种资源的限制,适应能力具有明显的不足。鉴于此,文章针对六面体构型卫星,提出一种具有高适应能力的单相流体回路方案,并据此研制出地面原理样机试验台,对系统的关键性能温控特性进行了地面试验。整个瞬态实验过程中控温精度一般都在±0.5℃以内,最大波动也基本不超过±1℃。     

微小航天器单相流体回路自主热控地面实验研究

单相流体回路是解决微小航天器热控问题的一种重要手段,但是由于其内热源功率密度高、轨道热环境变化复杂,要求其具有高度自适应控制能力。为满足开展微小航天器单相流体回路自主热控研究的需要,提出了一种单相流体回路核心部件-微机械泵的PWM控制策略及实现算法,设计并搭建了其地面等效模拟实验装置,实现了该单相流体回路包括微机械泵驱动电压-压差输入输出关系、热源载荷变化及微机械泵转速变化的开环动态特性实验研究,并在此基础上完成了所提出的单相流体回路自主控制方法控制效果的地面等效模拟实验研究,达到±0.5℃以内的自主控温效果。该控制策略除了可以实现高精度自主控温以外,由于机械泵功耗基本上与热载荷成正比,还可以减少热控系统运行能耗,因而在能量供应有限的微小航天器上具有广阔应用前景。     

热控涂层红外发射率对GEO卫星蓄电池温度波动的影响

在东方红一3卫星平台的基础上,将合理简化后的南蓄电池舱作为热分析模型。根据影响蓄电池温度波动的机理,提出服务舱舱板内表面常用热控涂层（白漆、镀铝膜、碳蒙皮）的5种组合方案,并量化分析了热控涂层红外发射率对蓄电池温度波动的影响。分析结果表明：降低蓄电池舱舱板内表面热控涂层红外发射率,尤其是降低蓄电池安装舱板表面的热控涂层红外发射率,可有效减小蓄电池温度波动幅度。与基准方案相比,最优组合方案能使蓄电池温度波动幅度降低50％。     

某高码率通信终端处理机热设计与仿真分析*

处理机是飞行器高码率通信终端核心电子设备,处理机稳定性与可靠性的高低直接关系到整个终端系统设备的可靠性工作。介绍高码率通信终端处理机热设计的特点与方法,针对不同的功率器件和组件,与结构设计相结合,探索合理的散热途径,特别是许多热耗较大的功率器件的热设计。通过热仿真分析,优化热设计方案,控制每个器件的温升满足设计要求,并进行了热真空、热平衡试验验证。     

一种基于遥测温度的航天器在轨故障分析方法

分析设备在轨温度异常变化的3个原因：遥测数据错误、设备周边热边界异常变化和设备内部热状态异常变化,提出用故障树来确定温度异常变化原因的分析方法,并进行实例分析。以某卫星寿命末期蓄电池故障时的遥测温度数据为基础,通过热分析模型进行了多工况的模拟,排除了遥测温度异常、卫星姿态异常、主动控温异常等因素,得出故障是由于电池内部热耗异常增加的结论。     

Effect of thin condensate films of a metal working fluid of an electric propulsion engine on the integral optical coefficients of a spacecraft’s thermal control coating

Materials on experimental studies to determine the effect of thin condensate films of cesium (used as a model working medium for electric propulsion engines and some spacecraft power sources) on integral optical coefficients of spacecraft thermal control coatings are presented. A technique modified by the author and employing the regular thermal regime of a thin metal plate is used. Measurement results demonstrate that films with thicknesses of 100–1000 Å can seriously degrade the integral optical coefficients of thermal control coatings and thus disturb the heat balance of some spacecraft systems.