一种并网式载人航天器控温回路系统设计

提出了一种单舱辐射器并网和组合体舱间并网相结合的载人航天器控温回路系统,能够实现单舱层次功能备份和舱间层次功能备份。建立了单舱和组合体控温回路系统非稳态仿真分析模型,对正常工作模式和几种不同故障工作模式下各舱回路控温点温度、设备温度、流量分配和航天器热负荷水平进行了分析。结果表明,对于单舱辐射器并网回路,在单条辐射器支路故障情况下,系统总散热能力损失不超过28.5%,单舱外回路完全故障时启动舱间并网回路,故障舱段可维持的热负荷水平占标准工作模式热负荷水平的63.5%,表明双层次并网控温回路系统可将设备温度有效控制在指标要求范围内,并能显著提高载人航天器所能承受的热负荷水平,提高系统的可靠性。     

载人航天器的可重构式控温回路系统设计

文章提出了载人航天器的可重构式控温回路系统,它由独立的中低温内外回路系统组成,可改善低温内回路由于控温点温度较低而对辐射器散热能力带来的影响,还可在某个外回路辐射器故障时进行系统重构,维持回路功能。建立了控温回路系统非稳态仿真分析模型,对正常工作模式下和某外回路故障工作模式下各舱回路控温点温度、设备温度、流量分配和载人航天器热负荷水平进行了分析。结果表明,双外回路系统比单外回路系统散热能力高27%。当双外回路中某回路故障时,通过系统重构,外回路系统可维持1850W散热能力,能保障载人航天器平台安全,表明可重构式控温回路系统能提高系统可靠性。     

与流体回路耦合的空间辐射器流动/传热分析

流体回路作为一种主动热控技术,在载人航天器及空间站上发挥着重要的作用。作为航天器的对外散热界面,辐射器与流体回路之间往往存在直接热耦合关系。在进行简单理论分析的基础上,针对载人飞船的圆筒形辐射器,实现了流体回路与辐射器流动/传热及外热流计算的集成分析,反映了典型工况条件下辐射器的温度水平及外热流对流体回路流量分配和控温过程的影响。     

短时大功率排热系统控温波动分析

针对航天器短时大功率有效载荷排热问题提出单相流体排热系统、蓄冷一单相回路组合排热系统、热泵一单相回路组合排热系统、蓄冷一热泵组合排热系统4种排热方案，采用理论分析和数值方法计算了各方案控温组件的温度波动。结果表明：对于蓄冷排热方案，在给定条件下，控温组件温度波动可以控制在约7℃以内。对于单相流体排热回路，按照器件平均功率设计时，辐射器的面积较小，但功率器件的温度波动会加大；按器件最大功率设计时，器件的温度波动较小，但辐射器面积会变大，导致系统重量增加。对于热泵一单相流体回路热控系统，温度波动可以控制在大约10℃左右。     

载人航天器辐射器面板布局对散热能力的影响分析

以载人航天器广泛采用的圆筒辐射器为研究对象,建立辐射器散热能力数学分析模型,对比分析集中式和分块式面板布局形式给辐射器散热能力带来的影响,对比的参数包括管路长度、液体工质流量和管路入口液体工质温度。计算结果表明:在辐射器面板面积和管路长度相同的前提下,管路长度和面板分块数的变化,会造成2类辐射器散热能力的显著差异,管路长度越短,面板分块数越多,集中式布局辐射器比分块式布局辐射器的散热能力越强,最大散热能力差异达到16.0%,最小散热能力差异为13.5%。液体工质流量和管路入口液体工质温度,对2类辐射器散热能力的差异影响较小,不超过2.0%。因此,辐射器设计时不应忽略面板布局对散热能力的影响,应尽可能集中布置辐射器面板。     

多辐射器航天器热控流体回路布局的(火积)耗散分析

为了优化多辐射器航天器热控流体回路布局，提高流体回路的散热效率，降低流体回路温度，本文基于(火积)理论，分别对多个辐射器串联和并联的流体回路布局的散热进行了分析。结果表明，排散相同热量时，流体回路的流体与管路壁面之间的温差均匀性越好，流体回路散热过程(火积)耗散越小，系统散热过程越优。进一步，对于2个辐射器的情况，分别对辐射器设置了不同的空间辐射加热热流，对辐射器的流体回路布局方式进行了比较。结果表明，辐射器与流体回路串联时，系统散热性能要优于两者并联，系统的流体温度水平最低，结果与(火积)理论分析的预测完全一致。研究结论对多辐射器的航天器热控流体回路设计具有指导意义。     

卫星用两种单相流体回路方案对比研究

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，结合某卫星型号，设计了两种流体回路方案，在SINDA／FLUINT中建立数值仿真模型进行分析计算，并比较了两种方案的应用性能。结果显示，将单相流体回路系统应用于卫星，可取得较好的控温效果。     

辐射器展开角度对航天器热控能力影响的研究

为了在有限的结构尺寸下提高航天器热控系统的散热能力,提出与流体回路耦合的可展开式辐射器热控方案,建立可展开式辐射器空间散热模型,分析辐射器不同展开角度下系统的热控特性。结果表明,随着辐射器展开角度的变化,辐射器吸收的空间热流也随之发生变化,并最终决定热控回路的流量分配。在工程应用中,基于热控流体回路,通过调节可展开式辐射器的展开角度,可以有效提高航天器热控系统的能力范围。     

载人航天器主动热控系统热负荷布局优化

针对典型的含有低温内回路、中温内回路和外回路的载人航天器主动热控单相流体回路系统,研究了给定温度的热负荷布置在低温或中温内回路对系统总质量的影响,给出了根据热负荷温度和功率进行布置的原则。根据系统质量的数学模型和能量平衡关系,采用Lagrange乘子法对热控系统进行了轻量化建模和求解。结果表明,存在一个热负荷的临界温度使两种布置方案系统的总质量相等：热负荷温度低于该临界温度时,布置在低温内回路可使系统总质量更小,反之应当布置在中温内回路。热负荷布置在低温内回路还是中温内回路需要根据其温度和功率来选择。最后,对热负荷布置原则从换热温差分配的角度进行了定性上的分析。     

飞船单相流体回路热设计

单相流体回路热控技术在国外载人航天器上普遍得到使用,也是发展我国载人航天器必须解决的关键技术之一。本文概要论述了飞船单相流体回路热控设计有关问题,包括控温方法、泵的性能参数确定、冷板热设计、液液换热器热设计、辐射器热设计等,给出了相应的设计方法和实际在轨运行结果。     

可展开式辐射器热控对航天器轨道调整的适应性分析

为提高航天器热控系统对轨道调整的适应能力，本文研究了与流体回路耦合的可展开式辐射器热控方案在不同轨道高度下的热控性能，分析了不同轨道高度时辐射器面临的热环境的影响，在不同轨道高度下比较了固定辐射器与可展开辐射器的热控特性。结果表明，随着辐射器展开角度的变化，辐射器吸收的空间热流随之发生变化，从而对热控系统的散热能力带来直接影响，调节辐射器的角度可以扩大其对外散热能力。在工程应用中，基于热控流体回路，通过调节可展开式辐射器的展开角度，可以有效提高航天器的轨道热适应能力。     

太空辐射器传热优化设计及分析

为优化太空辐射器的设计,基于(火积)理论对太空辐射器的散热过程进行优化分析,分析结果表明辐射温度均匀性越好,太空辐射器辐射传热过程(火积)耗散越小,辐射器平均温度越低。以提高温度均匀性为目标设计了四种辐射器方案,并对不同方案进行仿真分析,仿真结果表明采用热管与流体管路组成传热网络后,辐射器温度均匀性最好,对外散热能力增强,流体回路热控系统整体温度下降,辐射器整体传热性能最优。     

载人航天器主动热控制系统流体回路的优化设计

载人航天器一般采用主动热控制技术为主的热控制系统,废热的排散主要通过泵驱动单相流体回路。分析了主动热控制系统的主要设计任务,如系统方案、工质的选择、回路部件的选型、系统参数的确定、控制算法等;提出了主动热控制系统方案及参数选择应满足适应性要求、安全性要求、可靠性要求以及经济性要求,指出主动热控制系统的设计是一个以系统总体质量最小为目标的约束优化问题,并讨论了优化设计的思路与实现流程。最后基于一个具体的设计案例对设计方法进行了验证。     

六面体小微卫星散热面最优化设计

以散热面吸收外热流最小为目标函数,建立了基于六面体卫星的散热面最优化设计模型,并以某倾斜轨道六面体小微卫星为例、针对不同卫星热耗分别得出了最优化的散热面布局。计算结果表明:采用文章所述的最优化设计方法得到的散热面布局,可以有效降低由于卫星吸收外热流变化造成的整星温度的波动,可以为六面体卫星散热面的优化设计提供理论支持;进一步分析表明,不同热耗水平的卫星对应不同的最优化散热面布局。     

倾斜轨道卫星组合式散热面优化设计方法

提出一种基于传统被动热控设计思路的组合式散热面优化设计方法,通过优化散热面布局和合理利用空间外热流,实现热控系统热量合理分配,优化热控系统研制流程。以某卫星的优化设计实践为例,基于该方法建立的简化模型可以快速地确定散热面的布局和比例,并减小热控系统质量,表明该设计方法合理、可行。