用于空间环境模拟的升降式热沉组件的制作方法

本发明涉及航天器真空热试验技术领域，具体来说，本发明涉及一种大型立式空间环境模拟器热沉。

背景技术：

大型立式空间环境模拟器主要用于空间站或载人舱等大型航天器的真空热试验。在进行高度并不高的航天器环境试验时，空间环境模拟器的上半部分热沉实际并没有有效的利用，造成了试验成本的增加。目前，立式空间环境模拟器的顶部热沉均为固定式热沉，热沉的有效空间不能根据试验件的高度进行调节，导致立式空间环境模拟器的利用率降低。

为综合利用试验空间，必须实现以下两种顶部热沉状态：

(1)当需要空间环境模拟器全部试验空间时，热沉安装在容器上封头内时，热沉通过上部联接装置与容器相连接，相当于热沉悬挂于上封头内。

(2)当需要空间环境模拟器一半试验空间时，热沉安置于容器中段位置，热沉通过下部的支撑结构支撑于容器预留的支腿上，相当于热沉放置在容器中段。

因此，为实现上述两种热沉状态，需要设计一种结构简单的可升降式热沉，可由容器顶端下降至容器中间高度位置。由于空间环境模拟器内部真空度高达1×10-5pa，温度最低达到约-170℃。顶部热沉若从顶部运动至容器中间，需要考虑该苛刻环境对运动部件的影响。此外，顶部热沉为圆形热沉，直径达到14.8m，升降运动时，要求热沉运行稳定不晃动，对升降机构运行的稳定性也提出了很高的要求。热沉与外管路系统连接，由于热沉移动范围较大，达到11m，因此容器内部的热沉与外部的外管路系统连接也是难点之一。目前国内还没有类似应用先例。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单，适用于大型立式空间环境模拟器的升降式热沉，该热沉采用“田”字型升降吊具结构，解决了大跨度热沉运行过程中的的刚度和强度问题。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

空间环境模拟器的升降式热沉组件，包括顶部热沉，可拆除式进液管道和出液管道，固定卷扬系统，升降吊具，上部联接装置和控制系统，其中，顶部热沉为胀板式热沉，内部有流道，环境模拟器运行时，热沉内部流道中流动有液氮，用于模拟太空中冷的环境，热沉上部设有热沉吊点，通过热沉吊点，热沉悬挂在空间环境模拟器容器的上封头内壁上的升降吊具下方，随着升降吊具上升或者下降，其中，固定卷扬系统由电动环链葫芦及安装门架组成，电动环链葫芦采用两两对称的布局方式通过安装门架布置在所述容器顶部，电动环链葫芦设置有吊钩，电动环链葫芦驱动升降吊具升降，使得环链葫芦吊钩穿过所述容器的顶部法兰进入空间环境模拟器的容器内。

其中，可拆式进液管道和出液管道在顶部热沉升降运动前，拆除连接，热沉运动至指定位置时，恢复上述管道的连接，保证热沉正常运行。

其中，升降吊具包括“田”字结构的起重吊具，上部吊点，下部联接装置，支撑结构，直梯；“田”字结构起重吊具上方设置有上部吊点，下部通过下部联接装置与支撑结构连接，且支撑结构共有4点以上支撑，当热沉处于容器中段位置时，支撑结构支撑在热沉与容器之间的支腿上，直梯设置于“田”字结构内的四个角处或结构外侧面的中间上，共有9个，用于人攀登到“田”字结构的上部吊点，进行吊挂和拆卸吊钩的操作。

其中，“田”字结构为形状为“田”字型的起重吊具，主要承担顶部热沉的重量及起升，材料为304不锈钢。

其中，上部吊点有9个，分布于“田”字结构上表面，分为两部分，固定卷扬系统对应吊点和上部联接装置对应吊点。

其中，固定卷扬系统对应吊点有4个，位置与固定卷扬系统3位置相对应，其主要用于升降吊具与固定卷扬系统的连接，当热沉需要运动时，环链葫芦吊钩才与该吊点相连接。

其中，上部联接装置对应吊点有5个，位置与上部联接装置5位置相对应，其主要用于升降吊具与上部联接装置的连接，当热沉需要处于容器上封头内时，上部联接装置才与该吊点相连接。

其中，下部联接装置有13个，分布于“田”字结构下表面，位置与热沉吊点位置相对应，主要用于升降吊具与热沉吊点连接，该连接在任何状态下都不能解除。

其中，控制系统主要用于控制升降系统的运行，采用增量型编码器调节同步控制通讯技术，保证了4台电动环链葫芦的同步精度。

本发明具有以下改进效果：

顶部热沉可在容器内自由升降，按照试验需求调节环境模拟器的试验有效空间。

(1)热沉运行的驱动机构——固定卷扬机构安置于容器外部，4台环链葫芦通过容器顶部法兰穿入容器内，驱动热沉升降，防止运动部件在高真空低温环境下运行。

(2)采用“田”字型升降吊具结构，解决大跨度热沉运行过程中的的刚度和强度问题。

(3)利用增量型编码器保证4台电动环链葫芦同步运行，保证热沉升降时热沉不晃动。

采用可拆式进出液管道，热沉升起或降落时，只要拆除该管道，热沉即可以运动。热沉运动至相应固定位置时，恢复其与外管路的连接。

附图说明：

图1为本发明的空间环境模拟器的升降式热沉组件的运动位置图；

图2为本发明的空间环境模拟器的升降式热沉组件的结构示意图；

其中，1-顶部热沉，2-可拆除式进出液管道，3-固定卷扬系统，4-升降吊具，5-上部联接装置，6-控制系统。

图3为本发明的空间环境模拟器的升降热沉组件中固定卷扬系统结构图；

其中，31-电动环链葫芦；32-安装门架，311-环链葫芦吊钩。

图4为图3中所示固定卷扬系统的分布图；

其中，固定卷扬系统共4套，安装在容器上封头上部，分布在直径7200mm的圆周上，分别在容器0°，90°，180°，270°位置。

图5为本发明的空间环境模拟器的升降热沉组件中升降吊具的结构图；其中，41-“田”字结构；42-上部吊点；43-下部联接装置；44-支撑结构；45-直梯。

图6为空间环境模拟器的升降热沉组件中固定卷扬系统对应吊点位置的分布图；

其中，固定卷扬系统对应吊点有4个，位于“田”字结构上表面，分布在直径7200mm的圆周上，分别在容器0°，90°，180°，270°位置，与固定卷扬系统3位置相对应。

图7为空间环境模拟器的升降热沉组件中上部联接装置对应吊点的位置分布图；上部联接装置对应吊点位置分布图。

其中，上部联接装置对应吊点有5个，位于“田”字结构上表面，位置分布与上部联接装置位置相对应。

图8为空间环境模拟器的升降热沉组件中下部联接装置的位置分布图；

其中，下部联接装置有13个，分布于“田”字结构下表面，位置分布与热沉吊点位置相对应，主要用于升降吊具与顶部热沉连接。该连接在任何状态下都不能解除。

图9为空间环境模拟器的升降热沉组件中热沉吊点的位置分布图。

具体实施方案：

以下介绍的是作为本发明内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明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是本发明的空间环境模拟器的升降式热沉组件的运动位置,，当需要空间环境模拟器全部试验空间时，顶部热沉1安装在容器上封头内时，热沉通过上部联接装置5与容器相连接，相当于热沉悬挂于上封头内。当需要空间环境模拟器一半试验空间时，顶部热沉1安置于容器中段位置，热沉通过升降吊具4下部的支撑结构44支撑于容器预留的支腿上，相当于热沉放置在容器中段。

通常，升降式热沉共分为3种工作状态，第1种状态是升降式热沉处于上封头内静止状态，固定卷扬系统3中环链葫芦吊钩311升至最高点，升降吊具4连同顶部热沉1通过5个可调节的上部联接装置5悬挂在容器大盖上方，上部联接装置5受力均等。第2种状态是升降机构处于运动状态，启动控制系统6将固定卷扬系统3中环链葫芦吊钩311通过容器上方的法兰孔下降到升降吊具4的上部联接装置对应吊点422处，将环链葫芦吊钩311与上部联接装置对应吊点422连接起来。解除5个上部联接装置5，使顶部热沉1和升降吊具4的重量均由固定卷扬系统3承担，待系统稳定后，启动控制系统6按钮，将升降吊具4稳定地向下移动，逐步下降，升降吊具4安装有导向轮，使升降吊具4下降或上升过程中沿预定的轨道直线运行，升降吊具4下降的速度为0.3～1.8m/mim，变频可调节，下降深度为11m，升降吊具4刚启动时，速度较慢，平稳下降后可将速度提高至最大，快接近支撑点时将速度降至最低，使升降吊具4低速稳定的下落到支撑点上。第3种状态是升降吊具4的支撑结构44支撑在容器的4个支撑点上，升降吊具和顶部热沉1的重量由4个支腿承担，并传递到容器壁上。在这种状态下，操作人员拆除固定卷扬系统3中环链葫芦吊钩311，并将环链葫芦吊钩311升至最高点，密封容器大盖的连接法兰。调节4点支撑装置，使各支腿受力均等，确保升降吊具和热沉骨架稳定可靠。

为此，设计了本发明的空间环境模拟器的升降式热沉组件，参见图2，图2本发明的空间环境模拟器的升降式热沉组件的结构示意图，包括：顶部热沉1，可拆除式进出液管道2，固定卷扬系统3，升降吊具4，上部联接装置5，控制系统6。操作者通过控制系统控制固定卷扬系统驱动升降吊具，带动顶部热沉的升降。升降吊具上部通过4个固定点连接在容器顶部的卷扬系统上，可带动顶部热沉直线上下移动，移动行程为11000mm，行驶速度在2m/min～3m/min内，有升降到位信号，应具有紧急停车的功能，运行过程平稳安全，运行过程中热沉骨架的倾角不大于0.5°。系统运动部件为卷扬系统，安置于容器之外，防止容器内苛刻的环境对运动部件造成的损伤。将容器内外的部件连接起来。通过可拆除式的进出液管道，将两种位置的热沉与外管路系统连接起来，保证热沉的正常运行。进一步地，顶部热沉1为胀板式热沉，内部有流道，环境模拟器运行时，热沉内部流道中流动有液氮，液氮通过可拆式进出液管道2供给。热沉材料为304不锈钢，工作工况时，热沉表面温度为100k，面向试验件一侧即热沉下表面喷涂有发射率0.9的黑漆，用于模拟太空中冷黑的环境。热沉上部设有热沉吊点11，通过该吊点，热沉悬挂在升降吊具下方，可随着升降吊具上升或者下降。

进一步地，可拆除式进出液管道2材料为304不锈钢，主要由两端的法兰，无缝钢管，金属软管焊接组成。一端法兰与热沉相连，另一端与外管路相连，当热沉运动时，需要解除两端法兰的连接，使热沉与外管路断开连接。当热沉运动至固定位置后，再连接两端法兰，将热沉与外管路连接起来。试验时，通过该管路为热沉内部提供液氮。采用带不锈钢网套的金属软管作为管路的主要部分，主要考虑到拆除法兰连接时的可操作性。

参见3，图3,显示了本发明中的固定卷扬系统3的结构图，该固定卷扬系统包括：电动环链葫芦31，安装门架32以及环链葫芦吊钩311。电动环链葫芦31安装于安装门架32上，使环链葫芦吊钩311通过容器大盖上开的法兰孔与升降吊具4相连接，在电动环链葫芦31的驱动下带动升降吊具4上升或下降。安装门架32与容器上方接口平台采用高强度螺栓连接，并在侧面采用三角筋进行加强，确保安装门架32的稳定。每台电动环链葫芦31的额定起重量为7.5t，设有超载限制器，起升高度安装有高度限制器，并安装了增量编码器，通过增量编码器可以时时反馈4台电动环链葫芦31的运行高度并将数据反馈给控制系统，通过控制系统进行适当调节，确保4台电动环链葫芦31受力均等。在图4中，图4显示了固定卷扬系统的分布图，其中共有4套固定卷扬系统3平均分布于容器上封头直径7.2m的圆周上，且均等分布。

图5显示了本发明中的升降吊具4结构图，该升降吊具包括：“田”字结构吊具41，上部吊点42，下部联接装置43，支撑结构44，直梯45。“田”字结构41为主体承重结构，采用箱型梁设计，材料为304不锈钢。上部吊点42分为两部分：固定卷扬系统对应吊点421及上部联接装置对应吊点422，位置分布图如图6，图7。固定卷扬系统对应吊点421分布位置与4套固定卷扬系统3分布位置相对应，平均分布于“田”字结构吊具41上表面直径7.2m的圆周上，且均等分布。上部联接装置对应吊点422分布位置与上部联接装置5分布位置相对应，分布于“田”字结构吊具41上表面四个边长中点位置以及中心位置。

其中，需要升降式热沉上升或下降时，将固定卷扬系统对应吊点421与环链葫芦吊钩311连接，由电动环链葫芦31驱动，使升降式热沉运动。需要升降式热沉处于上封头内位置时，上部联接装置对应吊点422与上部联接装置5连接，将热沉固定于上封头内。

进一步地，上部联接装置5安装于容器上封头内，用于连接升降吊具4，长度可调节。控制系统6采用变频plc控制系统，在电动机主回路中，用高性能矢量变频器作为主要控制、调速器件，控制回路用plc作为主要检测、控制器件，并配有触摸屏。在控制柜面板上安装控制按钮，可以操作升降式热沉动作。启动、停止、急停、升降式热沉上升、升降式热沉下降。

图8为空间环境模拟器的升降热沉组件中下部联接装置43的位置分布图；其中，下部联接装置43有13个，分布于“田”字结构吊具41下表面，位置分布与热沉吊点11位置相对应，主要用于升降吊具与顶部热沉连接。该连接在任何状态下都不能解除。图9为空间环境模拟器的升降热沉组件中热沉吊点11的位置分布图。

本发明的热沉组件实现了大型立式空间环境模拟器试验有效空间的综合利用，可根据试验件的高度选择试验空间，当该热沉组件位于容器中间位置时，可有效降低试验成本，经过实际应用可知，热沉试验成本可降低30％。

尽管上文对本发明专利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，我们可以依据本发明专利的构想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仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明专利的保护范围之内。