热沉设计技术

在大型空间环境模拟器KM6中，热沉是该设备中的重要分系统之一。文章介绍了热沉的材料选择、结构布置、壁板形式、支撑结构及主要设计计算结果等。     

热沉结构管接头的应力计算与实验验证

由于大型空间环境铝热沉设备KM6承受周期性的应力,使空间实验室结构存在安全问题,因此选择T型、L型两类典型热沉构件,运用大型计算软件PATRAN,NASTRAN对构件在压力谱与温度谱共同作用情况下进行应力分析,得到关键部位的应力.采用实验方法确定了热沉各连接部位的应力,并把有限元计算结果和实验结果进行比较.结果表明:有限元计算的结果与实验测量结果基本一致,从而可以采用计算方法确定空间实验室的工作应力,进行其结构的安全性预报.     

基于Ansys Icepak 的负载器热设计与热分析

基于热设计的基础理论与负载器的工作原理,应用Ansys Icepak仿真软件对供配电负载器工作过程中内部散热情况进行仿真,找出负载器内部温度最高部位,指导实际测试,避免实际测试的盲目性。另外,通过优化负载器散热孔设计,降低负载器温升值。     

航天器空间环境模拟器热沉热均匀性分析

通过建立传热数学模型以及求解,给出了空间环境模拟器中热沉热均匀性优化的结果。和其他以肋片为基础的辐射器不同,空间模拟器热沉主要是要尽可能的提高其热均匀性。因此,通过改变热沉的几何参数(热沉肋片长度、肋片厚度和液氮管半径)以及物理参数(液氮流速),进行了详尽的热沉热均匀性分析。在分析中发现,随着热沉肋片厚度的增加和长度的减小,以及流管内流速的增大,其热均匀性都有提高,但是热沉支管半径变化对热沉均匀性的影响并没有肋片长度和厚度以及液氮流速的影响那么明显。最后,根据数值计算结果给出了热沉优化设计参数取值范围和参考意见。     

热沉温度场仿真研究

为了确定热沉温度场控制方法，建立了KM6热沉正常运行状态的数学模型，在MATRIX仿真平台上构造了仿真模型并求解，确定了KM6热沉温度场的动态特性和等价模型，并对热沉的设计提出了若干建议。     

暗物质粒子探测卫星BGO量能器热控设计与验证

暗物质粒子探测卫星是2015年12月发射的中国自主设计建造的空间天文实验卫星,主要包括塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器与中子探测器四个探测器.BGO量能器是暗物质粒子探测卫星的核心探测器,主要任务是精密测量高能宇宙线粒子的能量,并通过比较簇射沉积能量的空间分布,进行粒子种类鉴别.本文结合BGO量能器工作原理,分析了BGO量能器热控设计需求与约束,进行了单机热控设计.根据热控设计方案,进行有限元仿真分析,开展了单机飞行件的真空热平衡试验.分析与试验结果表明,热控设计方案合理有效,能够满足需求.      

高性能战斗机燃油热管理系统

针对高性能战斗机的特点,介绍了利用燃油作为主要热沉的燃油热管理系统FTMS(Fuel Thermal Management System).以F-22的热管理系统为原型,在对其技术方案及研究方法进行了相关分析后,通过MATLAB工具建立了系统各部件的动静态仿真模块.并在此基础上,搭建了燃油热管理系统的仿真平台,利用该仿真平台对燃油热管理系统的性能及燃油代偿损失等进行预测和评估.计算结果表明,燃油热管理系统性能要好于传统的空气循环制冷系统,在热管理方面可作为我国新一代高性能飞机设计研究的一个备选方案.     

粒子激发X射线谱仪的热设计和热仿真计算

粒子激发X射线谱仪(APXS)安装在月面巡视器外部,利用巡视器的机动性和机械臂的灵活性,可以对月面有研究价值的月岩及月壤进行有针对性的探测.由于裸露在巡视器外部,月球复杂外热流会对APXS产生较大影响.鉴于此,需对APXS进行合理的热设计,以保证APXS的探测器和电子学器件工作在允许的温度范围内.提出了APXS的热设计方案,据此对APXS进行热仿真计算,计算结果得到了相应热平衡试验的较好验证.      

颈部和侧门热沉设计

KM6颈部和侧门热沉设计是整体热沉设计中两个很典型的部分 ,颈部热沉属于卧式热沉 ,侧门热沉属于片状立式热沉。这两种形式的热沉分别是中国同类热沉结构中最大的热沉。特别是侧门热沉 ,直接接受太阳辐照 ,热负荷最大。通过热负荷的计算 ,确定出颈部和侧门的结构形式 ;然后 ,在选定铝材的基础上 ,计算和确定了支管的间距 ,分别确定了热沉骨架 ,热变形补偿 ,进出口以及隔热等结构形式 ;最后 ,通过调试 ,证明设计及制造是正确的 ,并满足了使用要求     

一种运载火箭用大功率电动伺服驱动器的散热设计

散热对电子设备的性能有着直接的影响,散热器广泛应用于电子产品的热设计用于改善其散热能力,因此散热器应作为关键部件进行设计。针对航天领域使用的大功率电动伺服驱动器的散热问题,提出了通过热力学理论计算指导散热器结构设计的方法。首先通过理论计算结果确定散热器的结构尺寸,然后通过PRO/E三维建模软件对散热器进行建模并利用ANYSY ICEPAK热仿真软件对所设计的散热器进行热仿真,最后搭建了伺服驱动器的热试验环境。仿真结果和试验数据均验证了该设计方法的正确性。     

矩形微槽内FC-72的单相流动和换热实验研究

微槽换热器是解决航空电子设备元器件热控制问题的一条有效途径.以新型电子设备冷却液FC-72为工质,利用4种不同结构尺寸的矩形微槽,进行了微槽内单相流动和强迫对流换热性能实验研究;分析了工质流速、过冷度以及微槽结构等对换热性能的影响,给出了适用于层流和紊流的单相流动阻力特性实验关联式和单相强迫对流换热实验关联式,并对实验结果进行了不确定度分析.结果表明,在矩形微槽换热器中,FC-72的单相强迫对流换热能力能够满足中高强度的电子设备散热要求.      

载人舱不锈钢—铜热沉的设计

热沉不但具备模拟宇宙的“冷黑”环境功能,而且还相当于一个辐射换热器和抽气泵,由此引出热沉材料的选择原则。文章详细介绍了不锈钢－铜热沉的设计和测试结果,说明了不锈钢－铜热沉的设计为热沉的发展开辟了一条新途径。     

高碳醇/膨胀石墨复合相变热沉多目标优化

为解决高温工作环境下电子芯片的发热问题，设计采用相变材料（PCM）的控温模块，建立相变材料的控温模块模型。相变材料选择高碳醇/膨胀石墨复合材料。借助FLUENT软件进行数值模拟，探究在相同加热功率下，加热面积对控温时间的影响。对控温模块的几何尺寸进行参数分析，将数值模拟结果用于训练人工神经网络，实现对控温时间的预测。根据芯片发热功耗、芯片尺寸，通过NGSA-Ⅱ多目标优化算法优化控温模块几何尺寸，延长控温时间，降低模块质量。最终得到一系列非支配解集，可根据控温时间需求选择合适的模块尺寸设计。针对长宽为35.4 mm、发热功率为15 W的芯片进行控温模块优化设计。环境温度为80℃，温控目标小于90℃，控温时间180 s，优化后模块减重13.0%，模块内温度与液相分布也更均匀。      

微藻航空燃料的热氧化安定性与热沉

航空燃料安定性和热沉对飞机和发动机工作可靠性、飞机飞行安全及战术性能的发挥有重要作用。利用热重-差热分析联用仪研究了2种典型微藻航油的热氧化安定性和热沉,并与标准航空喷气燃料RP-3进行了对比。结果表明:混合生物油的失重终点温度和最大失重点的温度与标准航空喷气燃料RP-3相比均向高温区移动。在失重区间内,除了物理热沉还有化学热沉的贡献。在热重曲线中定义了2个无量纲参数:引发温度和燃尽指数,引发温度表征起始裂解温度,燃尽指数表征沉积特性。2个参数结合可以较好地诠释燃料的热安定性和热沉。球等鞭金藻油高碳数烷烃在提高热沉基础上导致碳沉积的形成,但小球藻油在热沉提高的基础上,并没有形成碳沉积。说明通过有效控制高碳数烷烃分配比例增加其热沉并控制其积碳在理论和技术上是可行的。      

一种用于出舱活动的相变储热／辐射器式热沉

首先讨论了出舱活动中的各种散热方案；然后介绍了一种相变储热／辐射器式热沉。给出了闭式散热系统设计的性能要求及相变材料的选取标准和计算方法。     

高速运载器燃油热管理系统优化

燃油热管理系统设计随着运载器多电化与机载高能电子设备的发展已经得到高度重视,其中燃油的热承载能力是最关键因素。针对喷气推进式高速运载器,提出了一种大范围、多任务的燃油热管理系统多目标优化配置方法,其以热沉利用率最高和燃油质量代偿损失最小为目标函数,以循环回路的燃油最大质量流量、冷却水携带量和机载热负荷发热量为优化变量,采用改进的遗传算法NSGA-Ⅱ,在不同飞行任务规划下进行双目标优化设计,所获得的目标函数Pareto最优解集,满足预期的燃油热管理系统模式选择原则,且通过分析优化变量与优化目标间的相关性,可以量化燃油热管理系统优化配置准则与可达到的最小燃油质量代偿损失,可应用于支持多热沉重构的机载高效燃油热管理系统。      

舱外航天服热试验方法研究

舱外航天服采用主被动相结合的热控方式控制内部的温度,但其外形复杂,影响外热流的因素很多,因此舱外航天服热试验存在着与传统航天器热试验完全不同的特点。文章根据舱外航天服热设计的特点,对舱外航天服的地面热试验方法进行了比较分析和研究,论证了采用等效外热流模拟方法,通过进行舱外航天服系统漏热和散热能力的测试来验证热设计方法的合理性及热试验方法的可行性。     

基于硬脂酸复合相变材料的被动热沉性能

固液相变储能材料的被动热沉广泛应用于航空航天及军事装备领域。针对高热流密度电子芯片的被动温控问题,对比实验验证了单温度和双温度2种数值模拟方法对基于泡沫铜/硬脂酸复合相变材料被动热沉控温过程模拟的准确性。结合基于Maxwell-Garnett模型的EMT建立了石墨烯纳米片/硬脂酸复合相变材料物性,采用更为精确的双温度数值模拟方法分析了不同导热强化方式的控温效果,并研究了环境温度对热沉控温效果的影响。结果表明:高热流密度下的相变温控过程采用双温度数值模拟更为精确;当导热增强体的体积组分相同时,提高泡沫金属的孔密度对相变温控效果提升有限,而同时采用泡沫金属与石墨烯纳米片能更有效改善相变控温效果;环境温度的剧烈变化对温控时间和控温温度均能产生影响。      

相变储热/辐射器式热沉的传热特性研究

对一种用于舱外活动的相变储热/辐射器式热沉进行了实验研究和数值模拟.设计了相变储热器的实验件和实验方案,进行了储热器的冷却实验.建立了具有导热与对流换热耦合边界的相变储热器数学模型,模型中考虑了自然对流及空穴的影响.编制了相变储热器的性能分析计算程序.通过实验值与计算值的比较分析,验证了程序的可靠性.该模型及计算程序为相变储热器的设计和优化提供了有利的分析工具.