《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》是上海衛星裝備研究所於2013年12月3日申請的專利，該專利的公布號為CN103662111A，申請公布日為2014年3月26日，發明人是李艷臣、王浩、陳麗、季琨、王大東。
《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》包括：結構化碳化矽吸波組件1、控溫系統2、吸波箱體3和固定安裝板4，固定安裝板4連線至吸波箱體3內表面，控溫系統2設定在吸波箱體3和固定安裝板4之間與固定安裝板4連線，結構化碳化矽吸波組件1連線至固定安裝板4內表面。該發明的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，集外熱流模擬功能與吸波功能於一體，避免了對太空飛行器產品內部結構的改裝與重組，實現了真空環境下大比率微波的吸收，有效防止微波反射回產品表面。能夠以真實在軌的熱耦合狀態進行真空熱試驗模擬，提高試驗可靠性。
2017年12月11日，《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置
- 申請人：上海衛星裝備研究所
- 申請日：2013年12月3日
- 公布號：CN103662111A
- 公布日：2014年3月26日
- 發明人：李艷臣、王浩、陳麗、季琨、王大東
- 申請號：2013106433473
- 地址：上海市閔行區華寧路251號
- 分類號：B64G7/00(2006.01)I
- 代理機構：上海漢聲智慧財產權代理有限公司
- 代理人：郭國中
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
太空飛行器在發射之前，需要在地面空間環境模擬設備內進行空間冷黑背景下的真空熱試驗。地面空間環境模擬設備內的熱沉、紅外加熱籠、紅外燈陣及試驗工裝等全部是金屬材料，金屬材料對於微波具有很好的反射效果。在不採取任何措施的情況下，太空飛行器產品直接在空間環境模擬設備內發射微波，必然有很大比率反射回太空飛行器產品表面，如果反射回的微波功率超過一定量，就有可能阻塞太空飛行器產品接收通道甚至造成損壞。為避免上述情況發生，裝有微波發射功能的太空飛行器在真空熱試驗前，需對產品內部結構進行改裝，接有線負載，由負載吸收微波功率，試驗後在重新組裝產品結構。這樣的改裝存在以下缺點：
1）隨著新一代太空飛行器產品的複雜化，產品越來越細小，改裝工作更加困難，即使可以改裝，由於結構細小脆弱，改裝中產品面臨不可預估的風險，改裝前後狀態難以保證。正在預研的新一代產品複雜度大大提高，產品的改裝不可接收或不可以改裝，因此，2013年前改裝太空飛行器難以滿足真空熱試驗中微波測試的需求；
2）太空飛行器產品接有線負載，導致產品試驗狀態和在軌工作狀態不一致；產品微波功率由負載吸收，由於22%左右的微波輻射能量在負載上轉化為熱能，造成產品熱狀態失真，無法考察熱效應對於產品熱設計的影響。如果僅以2013年前有線負載模式進行真空熱試驗，將會使產品之間的耦合作用消失，無法對產品的性能充分考核，因此太空飛行器熱平衡或熱真空試驗時，必須採取在軌工作狀態的工作模式，這樣才能更全面地對熱控設計和可靠性進行考核。
發明內容
專利目的
針對2013年12月之前技術中的缺陷，該發明的目的在於提供一種熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，該裝置集外熱流模擬功能與吸波功能於一體，避免了對太空飛行器產品內部結構的改裝與重組，實現了真空環境下大比率微波的吸收，有效防止微波反射回產品表面。能夠以真實在軌的熱耦合狀態進行真空熱試驗模擬，提高試驗可靠性。
技術方案
《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》包括：結構化碳化矽吸波組件1、控溫系統2、吸波箱體3和固定安裝板4，固定安裝板4連線至吸波箱體3內表面，控溫系統2設定在吸波箱體3和固定安裝板4之間與固定安裝板4連線，結構化碳化矽吸波組件1連線至固定安裝板4內表面。
優選地，結構化碳化矽吸波組件1為多個結構化碳化矽吸波單元組成的陣列結構，結構化碳化矽吸波單元包括結構化基體12和吸波尖錐，吸波尖錐與結構化基體12連線，結構化基體12與固定安裝板4連線。優選地，結構化碳化矽吸波組件1與固定安裝板4通過滑道結構連線，其中，結構化基體12上設定有滑道，固定安裝板4上設定有與滑道匹配的槽道。
優選地，控溫系統2包括加熱裝置21、多個溫度感測器22和加熱塗層23，加熱裝置21和各溫度感測器22均設定在固定安裝板4，且加熱裝置21分別與各溫度感測器22連線，加熱塗層23均勻噴塗於固定安裝板4和加熱裝置21表面。優選地，吸波尖錐包括實心吸波尖錐11和空心吸波尖錐13，實心吸波尖錐11和空心吸波尖錐13間隔設定，空心吸波尖錐13的空心內設定有溫度感測器22。
優選地，結構化碳化矽吸波單元採用耐高溫的碳化矽材料製成。優選地，加熱裝置21由薄膜電加熱片並聯或串聯組成。優選地，溫度感測器22為銅-康銅熱電偶。優選地，加熱塗層23為耐高溫黑漆。優選地，固定安裝板4採用鋁合金材料製成，吸波箱體3採用高強度不鏽鋼材料製成。優選地，所述吸波箱體3採用高強度的不鏽鋼材料製作。
改善效果
《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》集外熱流模擬功能與吸波功能於一體，避免了對太空飛行器產品內部結構的改裝與重組，實現了真空環境下大比率微波的吸收，有效防止微波反射回產品表面。能夠以真實在軌的熱耦合狀態進行真空熱試驗模擬，提高試驗可靠性。
與2013年12月之前的技術相比，該發明具有如下的有益效果：
（1）該發明的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，通過其結構化碳化矽吸波組件可有效地吸收太空飛行器產品發射的微波，並通過控溫系統對吸波組件進行溫度控制，通過吸波組件的輻射實現產品表面的外熱流模擬。即該發明的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置將外熱流模擬功能與吸波功能一體化組合設計，因此，該發明不需要將太空飛行器產品進行改裝，在真空熱試驗時與在軌工作狀態一致，對在軌真實狀態進行性能考核，使得試驗更完整。
（2）該發明的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，避免了2013年前有線模式真空熱試驗後產品的重新改裝風險及無法進行真空考核帶來的不完備性的風險。
（3）該發明的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，解決了真空熱試驗中紅外加熱籠等外熱流模擬裝置的不可吸波性，以及2013年前有線模式獲取產品的溫度與在軌溫度數據的差異的難題。
（4）該發明的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置使得真空熱試驗中產品溫度數據更接近在軌工作狀態，試驗完整性更好。
（5）該發明的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，結構化碳化矽吸波組件相對於其他吸波材料，無老化、無污染、溫度穩定性好和真空適應性更好。
附圖說明
圖1是該發明熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置的主視圖；
圖2是該發明實施例的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置的結構化碳化矽吸波組件、控溫系統和固定安裝板的連線關係示意圖；
圖3是該發明實施例的結構化碳化矽吸波組件的結構剖視圖；
圖4是該發明實施例的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置的俯視圖。
圖中：1為結構化碳化矽吸波組件，2為控溫系統，3為吸波箱體，4為固定安裝板，11為實心吸波尖錐，12為結構化基體，13為空心吸波尖錐，21為加熱裝置，22為溫度感測器，23為加熱塗層。
權利要求
1.《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》其特徵在於，包括：結構化碳化矽吸波組件（1）、控溫系統（2）、吸波箱體（3）和固定安裝板（4），所述固定安裝板（4）連線至所述吸波箱體（3）內表面，所述控溫系統（2）設定在所述吸波箱體（3）和固定安裝板（4）之間與所述固定安裝板（4）連線，所述結構化碳化矽吸波組件（1）連線至所述固定安裝板（4）內表面。
2.根據權利要求1所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述結構化碳化矽吸波組件（1）為多個結構化碳化矽吸波單元組成的陣列結構，所述結構化碳化矽吸波單元包括結構化基體（12）和吸波尖錐，所述吸波尖錐與所述結構化基體（12）連線，所述結構化基體（12）與所述固定安裝板（4）連線。
3.根據權利要求2所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述結構化碳化矽吸波組件（1）與所述固定安裝板（4）通過滑道結構連線，其中，所述結構化基體（12）上設定有滑道，所述固定安裝板（4）上設定有與所述滑道匹配的槽道。
4.如權利要求2所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述控溫系統（2）包括加熱裝置（21）、多個溫度感測器（22）和加熱塗層（23），所述加熱裝置（21）和各溫度感測器（22）均設定在所述固定安裝板（4），且所述加熱裝置（21）分別與所述各溫度感測器（22）連線，所述加熱塗層（23）均勻噴塗於所述固定安裝板（4）和加熱裝置（21）表面。
5.如權利要求4所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述吸波尖錐包括實心吸波尖錐（11）和空心吸波尖錐（13），所述實心吸波尖錐（11）和空心吸波尖錐（13）間隔設定，所述空心吸波尖錐（13）的空心內設定有溫度感測器（22）。
6.如權利要求2所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述結構化碳化矽吸波單元採用耐高溫的碳化矽材料製成。
7.如權利要求4所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述加熱裝置（21）由薄膜電加熱片並聯或串聯組成。
8.如權利要求4所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述溫度感測器（22）為銅-康銅熱電偶。
9.如權利要求4所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述加熱塗層（23）為耐高溫黑漆。
10.如權利要求1所述的熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置，其特徵在於，所述固定安裝板（4）採用鋁合金材料製成，所述吸波箱體（3）採用高強度不鏽鋼材料製成。
實施方式
同時參閱圖1至圖4，《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》包括：結構化碳化矽吸波組件1、控溫系統2、吸波箱體3和固定安裝板4，固定安裝板4連線至吸波箱體3內表面，控溫系統2設定在吸波箱體3和固定安裝板4之間與固定安裝板4連線，結構化碳化矽吸波組件1連線至固定安裝板4內表面。
進一步地，結構化碳化矽吸波組件1為多個結構化碳化矽吸波單元組成的陣列結構，結構化碳化矽吸波單元包括結構化基體12和吸波尖錐，吸波尖錐與結構化基體12連線，結構化基體12與固定安裝板4連線。具體地，結構化碳化矽吸波組件1與固定安裝板4通過滑道結構連線，其中，結構化基體12上設定有滑道，固定安裝板4上設定有與滑道匹配的槽道。進一步地，控溫系統2包括加熱裝置21、多個溫度感測器22和加熱塗層23，加熱裝置21和各溫度感測器22均設定在固定安裝板4，且加熱裝置21分別與各溫度感測器22連線，加熱塗層23均勻噴塗於固定安裝板4和加熱裝置21表面。
進一步地，吸波尖錐包括實心吸波尖錐11和空心吸波尖錐13，實心吸波尖錐11和空心吸波尖錐13間隔設定，空心吸波尖錐13的空心內設定有溫度感測器22。更為具體地，結構化碳化矽吸波單元採用耐高溫的碳化矽材料製成；加熱裝置21由薄膜電加熱片並聯或串聯組成；溫度感測器22為銅-康銅熱電偶；加熱塗層23為耐高溫黑漆；固定安裝板4採用鋁合金材料製成，吸波箱體3採用高強度不鏽鋼材料製成，固定安裝板4通過螺釘安裝於吸波箱體3內表面。
具體地，該發明的工作原理如下：結構化碳化矽吸波組件1可有效吸收真空熱試驗中太空飛行器產品產生的微波，並通過固定安裝板4內部傳導將微波轉化的熱量傳遞到空間冷黑背景，避免了紅外加熱籠等金屬材料對微波的反射，造成產品性能損壞的影響；控溫系統2通過加熱裝置21和溫度感測器22對固定安裝板4進行溫度精確控制，通過熱量的傳導將能量傳遞到結構化碳化矽吸波組件1的外表面，即精確控制結構化碳化矽吸波組件1外表面溫度，通過結構化碳化矽吸波組件1表面輻射能量來模擬太空飛行器產品表面的空間外熱流。
如圖2所示，結構化碳化矽吸波組件1通過滑道結構設計接口與固定安裝板4連線，形成大面積的吸波陣面；控溫系統2均勻分布在固定安裝板4另一側，通過與太空飛行器產品和真空冷黑背景的熱量交換，精確模擬產品表面的空間外熱流及將微波能量傳遞到真空冷黑背景。
如圖3所示，結構化碳化矽吸波組件1為多個結構化碳化矽吸波單元組成的陣列結構，結構化碳化矽吸波單元包括吸波尖錐和結構化基體12。結構化基體12採用滑道設計結構，便於與所述固定安裝板4的安裝。吸波尖錐包括間隔設定的實心吸波尖錐11和空心吸波尖錐13兩種結構，空心吸波尖錐13尖部用於溫度感測器22的安裝，其餘為實心吸波尖錐11。結構化碳化矽吸波組件1滿足指定微波頻段內的吸波性能要求，吸波尖錐的尺寸（吸波尖錐的高度和夾角）設計與產品微波頻段內的最小頻率對應的波長和吸波性能指標有關。
參見圖4，控溫系統2包括加熱裝置21、溫度感測器22和加熱塗層23組成；加熱裝置21為加熱片的串聯或並聯組成，均勻分布於固定安裝板4的表面；在固定安裝板4的適當位置布置溫度感測器22；在固定安裝板4的表面貼上好加熱裝置21和溫度感測器22後，噴塗加熱塗層23，加熱塗層23可將微波轉化的熱量傳遞到真空冷黑背景中。該發明的控溫系統2通過加熱裝置21、溫度感測器22和加熱塗層23可實現結構化碳化矽吸波組件1溫度的精確控制，通過控制不同的溫度，達到太空飛行器產品不同外熱流的模擬要求。
榮譽表彰
2017年12月11日，《熱真空環境下的吸波控溫型外熱流模擬裝置》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
