一种虹膜光圈构件及其虹膜光圈式的热控机构的制作方法

本发明涉及一种热控机构，尤其涉及一种虹膜光圈构件，并涉及包括了该虹膜光圈构件的虹膜光圈式的热控机构。

背景技术：

航天器的热控技术主要用来保证航天器的结构部件和仪器设备在空间环境下处于一个合适的温度范围，使其能够正常工作。当前航天器上广泛采用的热控方式大致分为被动式和主动式两大类。被动式热控是一种开环式控制，主要依靠合理布局和选用具有适当热物理性能的材料和结构比较简单的热控装置来组织换热过程。被动式热控具有简单易行、性能可靠和工作寿命长的特点，但一般不具备自动调节温度的能力。主动式热控则是采用闭环式控制，现有技术中，辐射式的主动热控机构是利用驱动器带动动作部件，调节辐射散热能力，进而控制温度；目前航天器上已经有应用的辐射热控机构有热控百叶窗、热控转盘和柔性叶片热控机构等，采用这种主动式热控时，可以根据需要主动命令执行机构动作，实现温度的自动控制，但是这类热控装置比较复杂，必然增加热控系统的质量，有些还要耗电，但基于其能够实现更严苛的温度保证，因此，在航天器上应用较广。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够调整有效热辐射性质，达到控制航天器温度，并合理降低装置复杂程度的虹膜光圈式的热控机构。

对此，本发明提供一种虹膜光圈构件，包括：转盘、固定底板、叶片和连杆构件，所述转盘与所述固定底板旋转连接，所述叶片的一端通过转动构件与所述转盘相连接，所述叶片的另一端通过连杆构件与所述固定底板上的开口槽滑动连接。

本发明的进一步改进在于，所述转盘旋转设置于所述固定底板上，所述转盘通过所述固定底板约束其转动路径。

本发明的进一步改进在于，所述转动构件包括转动轴。

本发明的进一步改进在于，所述连杆构件包括连接柱。

本发明的进一步改进在于，所述叶片的数量为六片以上，其中，位置相邻的两片叶片之间根据预设高度间隔设置于所述转盘上。

本发明的进一步改进在于，所述叶片包括弧形叶片和条状叶片中的任意一种。

本发明的进一步改进在于，所述虹膜光圈构件的安装结构板上设置为散热面，所述叶片的热辐射发射率低于所述虹膜光圈构件的安装结构板的热辐射发射率。

本发明还提供一种虹膜光圈式的热控机构，包括了如上所述的虹膜光圈构件，还包括温度传感器、控制模块和电机，所述控制模块获取所述温度传感器所测量的温度值，并对所述温度值和目标温度进行对比分析，若温度值高于目标温度则通过电机驱动所述转盘旋转使得叶片向圆周方向扩散，所述虹膜光圈构件的光圈扩大；若温度值低于目标温度则通过电机驱动所述转盘旋转使得叶片向圆心方向聚拢，所述虹膜光圈构件的光圈缩小。

本发明的进一步改进在于，所述温度传感器安装于所述虹膜光圈构件的安装结构板上。

本发明的进一步改进在于，所述虹膜光圈式的热控机构安装在卫星蒙皮内或卫星阴影区，所述虹膜光圈式的热控机构的辐射换热公式为：其中，q为表面辐射散射量，∈_eq为当量发射率，A_r为辐射面积，T_r为固定底板温度，T_s为环境温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述虹膜光圈式的热控机构利用驱动器带动所述虹膜光圈构件的叶片运动，控制光圈的大小，其结构简单，叶片的光圈最大孔径可通过改变叶片的直径进行灵活调整，并且其叶片所组成的虹膜光圈可在完全闭合和完全打开之间进行连续的无级调节，调节的分度设置可自由选择；同时，所述虹膜光圈式的热控机构的最大当量发射率和最小当量发射率可通过合理设置叶片内外表面的热辐射发射率和固定底板的热辐射发射率来达到具体的要求；通过调节所述叶片的光圈大小，能够精确调节所述虹膜光圈式的热控机构的当量发射率，有效控制固定底板或其他控温目标的温度。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是本发明一种实施例中叶片的另一种形状示意图；

图3是本发明一种实施例中叶片完全打开的简单结构示意图；

图4是本发明一种实施例中叶片完全闭合的简单结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

如图1所示，本例提供一种虹膜光圈构件，包括：转盘1、固定底板2、叶片4和连杆构件，所述转盘1与所述固定底板2旋转连接，所述叶片4的一端通过转动构件5与所述转盘1相连接，所述叶片4的另一端通过连杆构件与所述固定底板2上的开口槽3滑动连接。

本例所述开口槽3是固定底板2上开设的一个凹槽；所述连杆构件是固定在叶片4上的，属于叶片4的一部分。所述转盘1被约束在所述固定底板2上绕圆心转动，所述叶片4的一端通过转动构件5与所述转盘1相连接，所述叶片4的另一端通过叶片4上凸起的连杆构件与所述固定底板2上的开口槽3配合以实现滑动连接。

如图1所示，本例所述转盘1被约束在所述固定底板2上，可绕圆心转动，所述转动构件5包括转动轴，所述连杆构件包括连接柱；所述叶片4的数量一般为六片以上，图1所示的虹膜光圈式的热控机构包括六片弧形的叶片4，在实际应用中，该叶片4的数量、形状和直径均可以根据实际需要进行调整和设置；其中，位置相邻的两片叶片4之间根据预设高度间隔设置于所述转盘1上；所述预设高度间隔指的是位置相邻的两片叶片4之间的上下间距，该预设高度间隔可以根据实际情况的需要进行调整和自定义设置。如图1所示，所述开口槽3为所述固定底板2上的弧形凹槽，开口槽3的长度由光圈完全打开和完全闭合时叶片4上与所述固定底板2滑动连接的凸起圆柱的位置决定。

具体的，所述叶片4的一端通过转动构件5与所述转盘1相连接，另一端有固定于所述叶片4上的连接柱，这些连接柱被约束在固定底板2的开口槽3内。当转盘1转动时，这些连接柱在固定底板2的开口槽3内滑动，带动所述叶片4的离合，进而调整光圈的中心圆形孔径的大小，因此，本例将这种通过叶片4的离合来调整光圈的中心圆形孔径的大小的方式称为虹膜光圈式。所述叶片4的尺寸由光圈的最大直径和叶片4的数量决定。当光圈最大直径确定时，叶片4可根据图1所示进行等比例放大或缩小，当叶片4的数量增多，叶片4可变形为条状叶片，如图1和图2所示；即所述叶片4包括弧形叶片和条状叶片的任意一种，其中，弧形叶片如图1所示，条形叶片如图2所示。值得一提的是，本例为了防止多片叶片4之间的离合磨损叶片涂层这一弊端，适当加大所述叶片4之间的上下间距，即在位置相邻的两片叶片4之间设置有预设高度间隔。

本例所述虹膜光圈构件的中间是空的，它通过改变其安装结构板的遮挡面积来完成任务；所述虹膜光圈构件的安装结构板上设置有高发射率的散热面，所述叶片4的热辐射发射率远远低于所述虹膜光圈构件的安装结构板的热辐射发射率。本例通过调整光圈大小来改变所述虹膜光圈构件的安装结构板的有效热辐射参数，故叶片4的热辐射发射率和所述虹膜光圈构件的安装结构板的热辐射发射率要不同。本例优选将所述虹膜光圈构件的安装结构板设计为散热面，具有高热辐射发射率；则光圈的叶片4应都具有低的发射率，比如通过对铝合金叶片进行光亮阳极氧化、抛光和粘贴镀铝聚酯薄膜等表面处理，进而得到所述叶片4；本例对于所述叶片4的具体表面热控处理方法可通过光圈完全闭合和完全打开时的目标外热流和目标温度来设置。

本例的重要参数是光圈的最大孔径及光圈从最大孔径到完全闭合之间的分度。光圈的最大孔径由所述虹膜光圈构件的安装结构板最大需求的散热面面积决定，如卫星在各个工况中在所述虹膜光圈构件的安装部位所需散热面最大面积为0.04m²，则光圈可设计成最大直径为0.23m，这个数值可以根据圆面积计算得到。光圈的分度根据控温精度需求设置，精度要求越高分度越密。

本例还提供一种虹膜光圈式的热控机构，包括了如上所述的虹膜光圈构件，包括温度传感器、控制模块和电机，所述控制模块获取所述温度传感器所测量的温度值，所述温度传感器采集的是所述虹膜光圈构件的安装结构板的温度，所述控制模块对所述温度值和目标温度进行对比分析，若温度值高于目标温度则通过电机驱动所述转盘1旋转使得叶片4向圆周方向扩散，所述虹膜光圈构件的光圈扩大，如图3所示，为了显示方便，图3中只画出一个叶片，此时叶片达到完全打开的状态；若温度值低于目标温度则通过电机驱动所述转盘1旋转使得叶片4向圆心方向聚拢，所述虹膜光圈构件的光圈缩小，如图4所示，为了显示方便，图4中只画出一个叶片，此时叶片达到完全闭合的状态；光圈扩大和缩小的范围没有严格的计算公式，不过，所述虹膜光圈构件的光圈优选设置有分度，在实际应用中可以根据温度指标和需求使得光圈向邻近分度进行改变。本例通过电机驱动和带动光圈中所述叶片的离合，控制光圈的大小，调整固定底板的有效辐射性质，达到控制航天器上设备温度的目的。

本例在所述虹膜光圈构件的安装结构板或其他控温目标上设置温度传感器，控制模块获取所述温度传感器测量的温度值，根据温度反馈，若实际温度高于目标温度，控制模块的控制电路控制驱动线圈，进而驱动电动正向转动，实现叶片4组成的光圈扩大；若实际温度低于目标温度，控制模块的控制电路控制驱动线圈，使得电机反向转动，实现叶片4组成的光圈缩小。所述目标温度可以为默认值，也可以是根据实际热控需求而自定义设置的较佳温度值。

本例所述虹膜光圈式的热控机构安装在卫星蒙皮内或卫星阴影区，所述虹膜光圈式的热控机构的辐射换热公式为：其中，q为表面辐射散射量，∈_eq为当量发射率，A_r为辐射面积，T_r为固定底板2的温度，T_s为环境温度；表面辐射散射量指通过热辐射进出所述虹膜光圈构件的安装结构板的热量；所述当量发射率通过仿真得到；所述辐射面积为设置好的固定值，该固定值可以根据实际需要进行设置；所述固定底板2的温度和环境温度可以通过温度创拿起测量得到。其中∈_eq为当量发射率，代表的是叶片4的内外表面热辐射发射率、固定底板2的热辐射发射率和光圈面积之间的函数。

根据热控机构的辐射换热原理，当所述叶片4组成的光圈完全打开即处于最大孔径时，所述虹膜光圈式的热控机构的当量发射率∈_eq接近固定底板2的热辐射发射率；当叶片4组成的光圈完全闭合时，所述虹膜光圈式的热控机构的当量发射率∈_eq接近叶片4的外表面的热辐射发射率。由于所述虹膜光圈式的热控机构采用了虹膜光圈的结构方式，能够在完全闭合和完全打开之间实现分度可调，因此，所述虹膜光圈式的热控机构的有效热辐射率的分度可调，结构简单且灵活可变。

本例所述虹膜光圈式的热控机构利用驱动器带动所述虹膜光圈构件的叶片4运动，控制光圈的大小，其结构简单，叶片4的光圈最大孔径可通过改变叶片4的直径进行灵活调整，并且其叶片4所组成的虹膜光圈可在完全闭合和完全打开之间进行连续的调节，调节的分度设置可自由选择；同时，所述虹膜光圈式的热控机构的最大当量发射率和最小当量发射率可通过合理设置叶片4内外表面的热辐射发射率和所述虹膜光圈构件的安装结构板的热辐射发射率来达到具体的要求；通过调节所述叶片4组成的光圈大小，能够精确调节所述虹膜光圈式的热控机构的当量发射率，有效控制所述虹膜光圈构件的安装结构板或其他控温目标的温度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。