百叶窗式可转动红外加热笼的制作方法

本发明属于航天器地面热试验技术领域，具体涉及一种真空低温环境下航天器热试验用的的可转动式红外热流模拟系统。

背景技术：

航天器在发射之前，需要在地面对航天器进行太空环境模拟试验，以验证航天器在轨运行的可靠性，其中真空热试验是航天器环境试验中的重要一环。真空热环境试验中，红外笼是一种有效的外热流模拟手段，红外笼一般布置在航天器外侧100mm-200mm，其形状一般随航天器的外包络而变化。

红外笼一般由带条和骨架组成，骨架按航天器的外包络布置，带条按一定的间距均匀的布置在红外笼骨架上，红外笼带条按一定的组织形成加热回路，通过电缆与容器外的电源连接，试验过程中通过给红外笼加电，模拟航天器在轨运行过程中经历的外热流。

现有红外笼使用过程中存在的问题：

目前航天器真空热试验过程中使用的红外笼都是固定的，即：红外笼的骨架都是用不锈钢型材焊接而成，带条通过聚四氟板材固定在骨架上，带条和骨架的状态一旦安装完成，便不能再改变。在真空热试验时，红外笼安装在航天器表面，形成一个封闭的外部包络，由于带条具有一定的宽度，以一定的覆盖率(0.1～0.5)包围在航天器表面，这部分带条的存在阻断了航天器与热沉之间的辐射换热，尤其在低温工况下，严重影响了航天器的降温速率，延长了航天器试验时间。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种在航天器真空热试验过程中使用的， 能使红外笼带条(带条组)像百叶窗叶片一样转动的红外笼，该红外笼在闭合情况下，起到与现有红外笼相同的功能，但是在打开情况下，能够减小红外笼对航天器表面的遮挡，增大航天器与热沉的换热面积，加速航天器的降温，缩短试验周期。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

用于航天器真空热试验过程的可转动百叶窗式红外笼，主要包括红外笼主框架、减速电机、联轴器、连杆及销轴、加热组件、轴承及轴承座和角度传感器、主框架的侧面上设置减速电机的电机安装座，加热组件由若干红外加热单元组成，若干红外加热单元均匀布置在主框架内，每个红外加热单元的轴线与其他加热单元的轴线保持平行且共面，每个红外加热单元通过两端短轴固定在红外笼主框架内的转动轴承，转动轴承支撑在轴承座上，电机安装座上的减速电机的输出轴通过弹性联轴器与其中一个红外加热单元同轴连接，若干红外加热单元通过并联连杆连接并通过销轴分别固定，当并联连杆与销轴和若干加热单元组合在一起后，所有的加热单元就形成并联机构，在并联连杆的作用下，同步转动。

其中，若干红外加热单元的肩部设置螺纹孔，销轴通过螺纹固定在红外加热单元的肩部，并联连杆上设置有与若干加热单元等间距的销孔，销孔与销轴采用间隙配合。

其中，主框架是由四根角钢焊接而成的方框架，在方框架的左右角钢上设置对称等间距的红外加热单元用安装孔，安装孔内设置转动轴承。

其中，未与减速电机连接的任一红外加热单元，使用联轴器连接其一侧短轴与角度传感器上的输入轴，角度传感器设置在红外笼的主框架上。

其中，温度测量和控制系统对减速电机的温度进行闭环控制，使减速电机处在工作温度范围内。

其中，减速电机由步进电机和涡轮蜗杆减速器组成。

其中，百叶窗式红外笼采用闭环控制的方式控制红外加热单元转角，红外加热单元的转角由角度传感器进行实时采集，采集到的转角值反馈给位于环境模拟容器外的控制系统，控制系统判断红外加热单元的实际转角是否达到设定值。

其中，所有的控制信号、加热片电源和电机电源均由穿舱电缆从环境模拟容器外引入，穿舱电缆由罐外电缆和罐内电缆组成，两者通过位于罐壁的密封插头相连。

其中，电机安装座与主框架一侧设置隔热垫片。

为了适应容器内真空低温的环境，采用热电偶+加热片的温控方式：在电机及蜗杆减速器的外壳上粘贴热电偶和加热片，并在外层包覆10个单元的多层组件进行保温。通过热电偶对电机及蜗杆减速器的实际温度进行采集，通过加热片对电机和蜗杆减速器进行主动控温，使它们的温度始终保持在室温附近。

模拟低温环境时，通过驱动单元驱动减速电机，使加热单元旋转90°，使加热带面垂直航天器表面，由于加热带厚度仅有0.1mm，因此能够很大程度上减少加热带对热沉的遮挡，加强航天器试件与热沉之间的辐射换热，加速航天器的降温过程，一方面能够减少试验时间，节省试验成本；另一方面可以使航天器到达更低的温度区间，起到原有红外笼不能达到的效果，尤其对于深空探测的型号来说，能够更加准确的模拟出深空探测型号的深冷环境，对航天器的考核更加的充分。

附图说明

图1为本发明的百叶窗式红外笼的正视图。

其中，1:减速电机；3:加热组件5:主框架；

图2为本发明的百叶窗式红外笼的侧视图。

其中，1:减速电机3:加热组件4:连杆5:主框架6:轴承座；

图3为图1中百叶窗式红外笼的A-A视图。

其中，1:减速电机；2:联轴器；3:加热组件；5:主框架；6:轴承座；7:轴承；8:轴承端盖；9:电机安装座；10:隔热垫片。

图4为图2中百叶窗式红外笼的B-B视图。

其中，4:连杆11:销轴。

图5为图1中的百叶窗式红外笼C-C视图。

其中，12:角度传感器。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

参见图1，图1-2分别为本发明的百叶窗式红外笼的正视图和侧视图。本发明的用于航天器真空热试验过程的可转动百叶窗式红外笼，主要包括红外笼主框架5、减速电机1、联轴器2、连杆4及销轴11、加热组件、轴承7及轴承座6和角度传感器12、主框架5的侧面上设置减速电机1的电机安装座9，电机安装座与主框架一侧设置隔热垫片。加热组件由若干红外加热单元3组成，若干红外加热单元3均匀布置在主框架内，每个红外加热单元3的轴线与其他红外加热单元3的轴线保持平行且共面，每个红外加热单元3通过两端短轴固定在红外笼主框架5内的转动轴承7，转动轴承7支撑在轴承座6上并由轴承端盖8进行压紧，电机安装座9上的减速电机1的输出轴通过弹性联轴器2与其中一个红外加热单元3同轴连接，若干红外加热单元3通过并联连杆4连接并通过销轴11分别固定，当并联连杆4与销轴和若干加热单元3组合在一起后，所有的加热单元就形成并联机构，在并联连杆4的作用下，同步转动。

在一实施方式中，若干红外加热单元3的肩部设置螺纹孔，销轴通过螺纹固定在红外加热单元的肩部，并联连杆上设置有与若干加热单元等间距的销孔，销孔与销轴采用间隙配合。主框架5是由四根角钢焊接而成的方框架，在方框架的左右角钢上设置对称等间距的红外加热单元用安装孔，安装孔内设置转动轴承。

参见图3，图3为图1中百叶窗式红外笼的A-A视图。其中，减速电机1由步进电机和涡轮蜗杆减速器组成，减速电机1安装在电机机座9上，使用联轴器2与红外加热单元3连接，减速电机驱动红外加热单元3，红外加热单元3作为主动件，通过并联连杆4带动其余加热单元同步运动，并保证所有加热单元运动的一致性；

参见图4，图4为图2中百叶窗式红外笼的B-B视图。其中，并联机构由并联连杆4和销轴11组成，红外加热单元3的肩部设计螺纹孔，销轴11通过前部的螺纹固定在加热单元3的肩部，并联连杆4上设计有与加热单元等间距的销孔，销孔与销轴采用间隙配合，当并联连杆4与销轴11和所有的加热单元3组合在一起后，所有的加热单元和连杆就形成一个并联机构，在这个机构中的所有加热单元在连杆4的作用下，同步运动。

其中，所有的控制信号、加热片电源和电机电源均由穿舱电缆从环境模拟容器外引入，穿舱电缆由罐外电缆和罐内电缆组成，两者通过位于罐壁的密封插头相连。

采取极压润滑脂替代减速电机中的普通润滑脂，既起到防止普通油脂挥发对真空容器造成污染，又能保证对电机的润滑。

采用加热片+热电偶结合的方式对减速电机1进行控温，热电偶和加热片贴在减速电机1的外壳上，热电偶与加热片之间保持一定的距离，然后采用10个单元的多层隔热组件对减速电机进行包覆，阻断电机与热沉的辐射换热。使用时， 采用专用的温度测量和控制系统对减速电机的温度进行闭环控制，保证减速电机处在工作温度范围内。

百叶窗式红外笼采用闭环控制的方式控制加热单元3转角，加热单元3的转角由角度传感器12进行实时采集，采集到的转角值反馈给位于环境模拟容器外的控制计算机，由控制计算机判断加热单元3的实际转角是否达到设定值。角度传感器12的安装方式与减速电机1相同(参见图5)。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。