火星表面热环境对航天器热控影响分析

火星大气对太阳辐射产生吸收和散射作用,同时还将与火星表面航天器发生对流换热。热设计时难以直接评估对流、辐射和导热三种换热对航天器的影响,从而确定主要的控温途径。在调研火星表面辐射、大气等热环境的基础上,从线性化传热系数和对流辐射比的角度对比分析了辐射、对流和导热对航天器的影响。器表辐射传热系数随光学属性和温度的变化范围为0.3~1.4 W/(m^(2)·℃),对流传热系数随风速变化为0.2~1.5 W/(m^(2)·℃),器内导热传热系数可控制在0.25 W/(m^(2)·℃)以下。结果表明,太阳辐射较火星表面和天空辐射而言是主要外热源,航天器表面的辐射和对流换热为两条并联换热途径,两者均可成为主要换热途径,器内导热传热是控制航天器内外隔热的主要可控因素。

外热流扰动下航天器精密控温系统的设计及参数优化

对于航天器精密控温系统,外热流的周期性波动是影响被控对象温度稳定性的主要扰动来源。文章以一个典型的航天器精密控温系统为研究对象,建立了融合空间外热流扰动、系统热设计状态和控温算法的系统统一数学模型。经简化实现模型的线性化后,采用频率响应法对系统进行分析,获得了系统稳态输出的理论解。文章从航天器热控设计实际出发,分析了各热物理参数和控制参数对系统输出温度稳定性的影响,提出了以降低外热流扰动引起的温度波动为目标的热设计和控温参数优化原则和方向。文章还以海洋盐度探测卫星综合孔径辐射计天线接收机的高稳定度控温设计为实例,展示了按照上述优化原则和思路调整热控措施和控温参数,经仿真计算对比不同参数的输出效果,最终获得理想控温效果的过程。该实例验证了文章理论解和优化设计指导思路的正确有效性。

航天器高精度控温系统设计的稳定性条件

航天器热控设计中普遍采用时间离散型控温系统,其自身稳定性将影响控温效果,尤其是高精度控温系统的稳定性更直接影响控温精度指标的达成。文章以某典型航天器高精度主动控温系统为研究对象,首先建立融合其热物理模型和控制算法的统一控温系统模型,并结合航天器热控领域的工程实际,通过合理简化实现了模型的线性化;然后基于上述线性化模型,对离散控温系统的稳定性进行研究,应用数学分析及经典控制理论方法对航天器热控设计中实际采用的基于比例和PI算法的控温系统进行理论求解,获得了保持系统稳定的充要条件;最后采用仿真分析的方法验证了上述约束条件的正确性。

航天器用低太阳吸收比无机热控涂层制备及性能研究

航天技术的发展和深空探测的需要,对热控涂层的光热性能和空间环境稳定性提出了更加苛刻的要求。为此,文章设计内核为Zn 2SiO 4、外壳为具有可见光波段高透过性SiO 2的核壳结构颜料,并将其制备成热控涂层。试验结果表明:涂层T-Zn 2SiO 4@SiO 2的太阳吸收比为0.09,具有超低吸收特性。在此基础上,文章系统性表征了涂层在真空-紫外辐照后太阳吸收比和内部缺陷的变化,初步解析了紫外辐照后光学性能演化机理,可为研制低太阳吸收比、高稳定性新型热控材料提供新思路。

基于环路热管的航天器可折叠辐射散热器设计

航天器废热排放问题是制约其有效载荷容纳量增长的主要因素。文章针对目前可折叠辐射散热器折展比低的问题,设计基于环路热管的航天器可折叠辐射散热器,提出了一种基于对称六连杆Waldron机构设计的高折展比折叠方案,采用柔性环路热管作为热量收集和传递单元,实现辐射可动板间的柔性连接。通过对1/8等比样机的仿真数值模拟和试验研究,分析了基于环路热管的可折叠辐射散热器的传热特性。研究结果显示:该样机最大可传输200 W热量,展开后可获得更大的散热面积。

光热调控器件最新研究进展

光热调控器件是通过调控器件的光学性能,进而有效地管理器件的表面或内部温度,从而提高能源利用效率。智能热控器件和热致变色智能窗是最常见的两种光热调控器件。这些器件在航天器、建筑和汽车等领域发挥着重要作用,为节能减排和提高舒适度等方面提供了有效的解决方案。基于此,本文综述了近年来光热调控器件在航天器热控和智能窗领域中的最新研究进展,总结了当前研究面临的挑战,并展望了光热调控器件在未来的应用潜力,旨在为相关研究和技术发展提供参考和启示。

航天器变密度多层绝热变工况漏热特性研究

航天器的热控技术在空间应用中至关重要。以探月需求为背景,基于逐层计算法建立了航天器多层绝热材料性能仿真模型,并通过实验进行了验证。对用内热外冷模型变密度填充方式改善多层绝热性能的机制和改善幅度进行了研究。结果表明变密度多层绝热相对于均匀密度多层绝热的漏热量可以减少37.3%。分析了冷边界温度、热边界温度和真空度等因素对绝热性能的影响。

大功率空间激光载荷短时散热系统实验研究

大功率激光载荷在空间应用时具有瞬时热流密度高、工作时间短、间歇性工作的特点。为确保其高性能的工作,需要高效地解决激光载荷的热量获取、传递及排散问题。但受限于航天器有限的散热面面积,其散热能力往往难以满足大功率激光器的瞬时散热需求,而相变储热作为一种利用相变潜热的高效储热方式,可以解决航天器热控系统在供给侧和需求侧时空不匹配的问题。机械泵驱两相流体回路(Mechanically Pumped Two-phase Loop,MPTL)具有高效的传热效率和很强的传热能力,是解决大功率热量获取和传递的先进技术。文章针对大功率空间激光载荷的散热需求,将相变储热和两相传热技术相结合,提出基于固液相变储热和气液相变传热的短时大功率散热方案,完成了散热系统研制及性能测试。实验结果表明,散热系统能够很好的满足大功率激光载荷的散热需求,实现了12kW大功率载荷短时间稳定运行,具有很好的工程应用前景。

航天器用新型聚酰亚胺薄膜性能研究

原子氧是低地球轨道环境中对航天器影响较为严重的因素之一.为了提高聚酰亚胺薄膜抗原子氧侵蚀的性能,依据结构与性能的关系,设计合成了新型的聚酰亚胺薄膜.采用这种新型聚酰亚胺薄膜制备了二次表面镜,利用地面模拟设备对热控涂层进行原子氧暴露试验,结果表明其具有优异的耐原子氧侵蚀性能.此外,真空-紫外、真空质子、真空电子辐照等空间环境模拟试验表明,这种耐原子氧聚酰亚胺薄膜二次表面镜热控涂层具有良好的空间稳定性.

空间无排放消耗散热概念及试验验证

空间任务中缺乏有效辐射散热通道情况下,消耗型散热是排散航天器废热必不可少的技术途径,但其存在长期应用中资源消耗量大的问题。针对未来长期空间任务,提出无工质排放的消耗型散热概念。首先通过微孔膜蒸发消耗型散热试验,评估该试验系统在不同真空压力下的散热能力;之后基于此设计柔性收集装置,开展微孔膜蒸发‒水蒸气收集联合试验。试验结果表明,微孔膜蒸发可以在无工质排放条件下实现有效散热,散热量随流体进口温度升高而增加,随真空压力升高而线性减小;无排放消耗型散热系统中收集装置的水蒸气吸收速率不小于蒸发速率时,将不会削弱微孔膜蒸发的散热能力。

电致红外发射率动态调控器件研究进展

电致红外发射率动态调控器件是一类在电场激励下红外发射率能发生可逆动态变化的器件,该类器件在自适应红外伪装、航天器智能热控等领域具有重要应用价值,已成为红外辐射调控领域的研究前沿和热点.本文概述了基于金属氧化物、导电聚合物、石墨烯、金属等材料的电致红外发射率动态调控器件的工作原理、研究进展,并分析了电致红外发射率动态调控器件的发展趋势.

液滴发生器均匀液滴生成过程的动态特性

为了提高液滴发生器生成均匀液滴的稳定性,研究了液滴生成过程的动态特性。在传统射流表面波不稳定性理论的基础上,考虑液滴发生器动态特性的影响,建立了组合动力学模型,确定了传递函数与传递矩阵,并就Re数与We数等对射流表面波增长率的影响以及喷嘴长径比对液滴生成过程动态特性的影响规律进行了分析。采用丙二醇作为液体工质进行了计算与试验校验,结果表明当生成的液滴速度大于19 m/s时,组合动力学模型计算得到的最优无量纲波数较射流表面波不稳定性模型结果偏差超过6%;而对于液滴速度30 m/s设计工况,两种模型计算结果偏差近10%,此时液滴发生器动态特性的影响不能忽略。

航天遥感器用机械泵驱动两相流体回路工作特性试验研究

为了提高航天遥感器的成像指标,光学探测器组件在工作期间需满足较低温度变化和较高温度稳定度的条件,传统的热控产品逐渐难以满足大功率探测器组件的精密控温要求.机械泵驱动两相流体回路(MPTL)具有控温精度高、传热距离远、传热功率大等优点,特别适合航天遥感器的高精度热控.为了深入研究核心探测器组件开机和关机时对MPTL系统工作特性的影响,本文搭建了航天遥感器用MPTL模拟实验装置,该装置使用具有被动冷却功能的两相控温型储液器作为系统的控温组件,并采用屏蔽式离心泵作为系统的驱动装置.本文通过温度、压力、流量等数据研究了储液器内部热力学变化特性、主回路与储液器之间的传热传质过程以及系统主回路的运行特性.本文重点关注了系统相态转变过程、热源开机和关机时系统的不稳定现象,并提出了减小系统不稳定性的措施.本文还研究了热源功率变化时系统主回路与储液器的工作特性.结果表明,被动冷却型储液器内气相和液相形成了一定的温差,通过温差保证了储液器冷量的供给;热源正常工作期间,蒸发器温度的稳定性和均匀性较好,为相机的稳定成像提供了良好的边界条件;热源开机和关机时,储液器内温度和压力、系统的流量和流阻会发生变化;预热器加载功率的变化会影响系统相变转变过程的稳定性;热源功率的变化会对储液器和主回路的工作状态产生影响.本文研究对航天相机用MPTL系统的设计和应用具有指导意义.

用于微重力下两相控温型储液器性能研究

针对航天器用机械泵驱动两相流体回路的使用需求,本文设计了一种可以满足微重力下应用的两相控温型储液器。为验证储液器的工作性能,搭建了测试系统,对不同姿态下的控温特性和流体管理功能进行了研究。结果表明储液器内部毛细结构具备液体输运和气体隔离功能。为检验微重力下的气液分离功能,本文通过数值模拟对两相流体的运动特性进行了研究。结果表明液相在毛细力作用下被有效固定在储液器的下方,气相位于上方,气液分离功能得到验证。