一种镂空框架航天器的热控方法与流程

1.本发明涉及航空航天技术领域，具体地，涉及一种镂空框架航天器的热控方法。


背景技术：

2.航天器热控是控制内部热传递和外部热交换，保证航天器内部设备/仪器的温度保持在特定工作温度范围内，从而实现设备正常工作和长寿命运行。
3.常规的航天器均有完整的结构舱板作为散热面设计的承载体，其内部设备主要采用热管或导热结构将热量传导至舱板散热面，再通过舱板表面较高红外发射率的特性对外辐射散热。对于框架镂空结构航天器，其结构导热能力较差，无完整的结构表面作为散热面设计的载体。此类航天器的常规热控方法为通过热管或金属结构加强设备安装面与散热面之间的导热，通过填补镂空结构板部分镂空面积作为散热面的设计载体，再在填补后的结构板上喷涂低太阳吸收比、高红外发射率的热控涂层。镂空结构航天器的常规热设计只侧重考虑利用结构作为散热面，没有充分利用设备自身的辐射散热能力以及镂空结构对深空冷背景的辐射角系数的变化。此常规热控方法带来了航天器重量的增加，热控研制成本的上升，以及航天器总装复杂度。此时需要采用新的热控方法，既满足航天器内部设备温度指标要求，又降低航天器重量、成本、总装实施难度。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提出一种镂空框架航天器的热控方法，利用镂空框架航天器的结构特点以及设备直接红外辐射散热的性质，使得长方体镂空框架以及框架内部安装的设备能一直处于较好的温度范围，降低了航天器装置的重量和实施难度。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种镂空框架航天器的热控方法，该热控方法所使用的航天器装置包括长方体镂空框架以及框架内部安装的设备，其特征在于：
7.(1)将所述设备的外表面喷涂黑漆，使其表面红外发射率大于0.85；
8.(2)在所述长方体镂空框架的背阳面外侧贴装聚酰亚胺镀锗膜；
9.(3)在所述长方体镂空框架的向阳面外侧包覆15个单元的隔热层。
10.进一步的，所述长方体镂空框架采用2mm至3mm厚的铝合金板。
11.进一步的，所述每个单元的隔热层包括一层双面镀铝膜和一层涤纶网。
12.进一步的，所述设备的散热能力为其中，q为设备散热能力(w/
㎡
)；ε为设备红外发射率；σ为黑体的辐射常数(斯蒂芬
‑
波尔兹曼常数)；λ为聚酰亚胺镀锗膜红外透射率；s为设备可用的辐射表面积；t为设备绝对温度。
13.进一步的，根据所述散热能力值q减少背阳面贴装聚酰亚胺镀锗膜的面积，被减少贴装聚酰亚胺镀锗膜的面积区域用f46膜或者15个单元隔热层代替。
14.本发明的有益效果如下：
15.1、将航天器内的设备喷涂高红外发射率的涂层，利用其自身对外进行红外辐射往深空冷背景进行辐射散热；
16.2、通过具有一定红外透射率的聚酰亚胺镀锗膜将热量排散至外太空，同时利用聚酰亚胺镀锗膜的低太阳吸收比的特性阻挡短期的太阳直照和行星反照；
17.3、航天器朝向太阳一侧在结构框外侧安装隔热材料进行隔热，既满足航天器内部设备的温度指标要求，又降低了航天器的重量、成本以及实施难度。
附图说明
18.图1是本发明镂空框架航天器的整体结构图；
19.附图标记：1
‑
设备、2
‑
聚酰亚胺镀锗膜、3
‑
镂空框架。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.参考图1，一种镂空框架航天器的热控方法，该热控方法所使用的航天器装置包括长方体镂空框架3以及框架内部安装的设备1：
22.(1)将所述设备1的外表面喷涂黑漆，使其表面红外发射率大于0.85；
23.(2)在所述长方体镂空框架3的背阳面外侧贴装聚酰亚胺镀锗膜2；
24.(3)在所述长方体镂空框架3的向阳面外侧包覆15个单元的隔热层。
25.本发明一个实施例中，长方体镂空框架3的六个面，其中一个向阳面外侧包覆15个单元的隔热层，其余五个面外侧贴装聚酰亚胺镀锗膜2；长方体镂空框架3采用2mm至3mm厚的铝合金板；每个单元的隔热层包括一层双面镀铝膜和一层涤纶网。
26.航天器镂空框架3内部安装的设备1散热能力主要由两个部分，一方面通过航天器镂空框架3自身的导热能力将热量导至航天器镂空框架3外侧并辐射至深空冷背景，此部分为常规散热方式；一方面设备1自身的高辐射特性通过具有一定红外透射率的聚酰亚胺镀锗膜2将热量直接辐射至深空冷背景，此部分为镂空框架3结构特有的散热方式，其散热能力为其中，q为设备1散热能力(w/
㎡
)；ε为设备1红外发射率；σ为黑体的辐射常数(斯蒂芬
‑
波尔兹曼常数)；λ为聚酰亚胺镀锗膜2红外透射率；s为设备1可用的辐射表面积；t为设备1绝对温度。
27.本发明一个实施例中，根据所述散热能力值q减少贴装聚酰亚胺镀锗膜2的面积，当散热能力值q过大时，减少背阳面贴装聚酰亚胺镀锗膜2的面积，被减少贴装聚酰亚胺镀锗膜2的面积区域用f46膜或者15个单元隔热层代替。
28.本发明一个实施例中，背阳面被减少贴装聚酰亚胺镀锗膜2的面积区域可以是长方体镂空框架3背阳面其中的一个面或者是一个面的一部分。
29.本发明一个实施例通过计算，设备温度保持35℃时，设备通过聚酰亚胺镀锗膜2往太空散热的能力可达88w/
㎡
，此时向阳面隔热层包覆数量为15个单位，长方体镂空框架3的五个背光面外侧贴装聚酰亚胺镀锗膜2，证明该方法在镂空框架航天器的本体导热能力不足的情况下能起到极大的辅助散热效果。
30.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。