一种可调节的真空隔热多层遮阳降温方法
【专利摘要】本发明提供一种可调节的真空隔热多层遮阳降温方法，步骤一、制作安装于所需散热系统上的多层遮阳机构；所述遮阳机构包括遮阳板、安装骨架、驱动机构A和驱动机构B；驱动机构A安装于所述散热系统的侧面，且其转动轴与散热系统散热面的一边平行；驱动机构B安装于所述散热系统的底面或侧面，且其转动轴与散热系统散热面垂直；安装骨架与驱动机构A相连，遮阳板固定于安装骨架上；步骤二、控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板对入射至散热面的太阳光进行遮拦。采用本发明方法可以达到按需提高系统散热能力和设备降温的目的。
【专利说明】一种可调节的真空隔热多层遮阳降温方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航天或地面等真空环境下的热设计【技术领域】，具体涉及一种可调节的真空隔热多层遮阳降温方法。
【背景技术】
[0002]热控制系统(Thermal Control Systems,简称TCS)是现代航天器等系统研制的一个不可缺少的组成部分，TCS在航天领域常被称为航天器热设计。真空环境下航天器等系统热设计的关键是散热面设计，而散热面在一定设计温度下的散热能力取决于实际吸收外热流密度。
[0003]散热面表面设计一般采取低太阳吸收率和高红外发射率的选择性涂层，因此散热面一般设置在避开行星、卫星等红外热流的方向，那么系统可安装散热面的空间有限，特殊情况时仅一个面可作为散热面，在一定散热面积的条件下，最大限度的提高散热面的散热能力是这些特殊系统热设计的关键。如月面探测器由于面对底面和四周极高的月球红外热流环境，其散热面一般设置在避开月面红外热流的系统顶面，其散热面积非常有限。
[0004]选择尽量小的太阳吸收率的散热涂层是目前常用方式，如OSR片的太阳吸收率为0.10?0.20。但散热面仍然存在一定的吸收太阳热流，当散热面太阳入射角为45°时，OSR吸收太阳热流在95W/m2?190W/m2之间；散热面涂层还需考虑空间环境退化和月尘等环境颗粒物污染，当散热面涂层退化或沾染灰尘，其太阳吸收率可达到0.45，此时散热面吸收45°入射角太阳热流为427W/m2。
[0005]根据目前常规电子设备工作温度范围，一般设备温度不超过55°C，因此系统散热面一般设计温度不超过45°C，0SR型散热面的单位散热能力在460W/m2。在无退化或灰尘影响、太阳入射角为45°的条件下，散热面净散热能力减小为355W/m2?270W/m2，减小比率达41%;在灰尘影响OSR太阳吸收率达0.45、太阳入射角为45°的条件下，散热面净散热能力减小为33W/m2，减小比率达93 %，散热面基本无散热能力。
[0006]因此减小或消除散热面吸收太阳热流是航天器等系统散热面设计的关键，也是系统热设计的关键。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提供了一种可调节的真空隔热多层遮阳降温方法，该方法可以达到按需提高系统散热能力和设备降温的目的。
[0008]本发明为实现上述目的，采用如下技术方案:
[0009]一种可调节的真空隔热多层遮阳降温方法，具体步骤为:
[0010]步骤一、制作安装于所需散热系统上的多层遮阳机构；
[0011]所述遮阳机构包括遮阳板、安装骨架、驱动机构A和驱动机构B ;其中遮阳板由双面镀铝聚酯薄膜和涤纶网交替相叠而成，且其最外面包覆一层聚酰亚胺镀铝薄膜，聚酰亚胺镀铝薄膜膜面朝外；所述安装骨架为碳纤维网状蒙皮蜂窝板；上述部件连接关系为:
[0012]驱动机构A安装于所述散热系统的侧面，且其转动轴与散热系统散热面的一边平行；驱动机构B安装于所述散热系统的底面或侧面，且其转动轴与散热系统散热面垂直；安装骨架与驱动机构A相连，遮阳板固定于安装骨架上；
[0013]步骤二、判断是否需要进行遮阳，当需要进行完全遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板完全遮挡入射至散热面的太阳光；当需要进行部分遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板部分遮挡入射至散热面的太阳光；当无需进行遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板不对入射至散热面的太阳光进行遮挡。
[0014]进一步地，本发明设置安装于遮阳板背面的光敏元件，所述光敏元件用于感应太阳方位，驱动机构B根据光敏元件感应的太阳方位实时调整进行遮阳。
[0015]进一步地，本发明所述驱动机构B上存有散热系统所在轨道或地理位置的太阳方位角变化数据，驱动机构B根据所述数据实时调整进行遮阳。
[0016]进一步地，本发明所述遮阳板由16层双面镀铝聚酯薄膜和15层涤纶网交替相叠而成，且最外层包覆的聚酰亚胺镀铝薄膜的厚度为25微米。
[0017]进一步地，本发明采用粘贴于安装骨架上的聚酰亚胺销钉将遮阳板固定于安装骨架上。
[0018]有益效果:
[0019](I)本发明所提供的方法根据系统所处真空环境和太阳光方向的特点，在碳纤维网状蒙皮蜂窝板上安装一个高隔热性能的真空隔热多层遮阳板，利用轴向垂直的两套驱动机构，根据太阳方向需要调节遮阳板位置，可实现散热面完全遮阳、部分遮阳和非遮阳。本发明在完全遮挡45°入射角太阳时可使得每平方米洁净OSR散热面多散热95W?190W，退化或沾染灰尘散热面(太阳吸收率0.45)散热能力增加420W/m2 ;从而有效降低散热面和设备温度。
[0020](2)本发明采用的多层遮阳隔热板，以15单元薄膜、涤纶网复合柔性轻质结构为主体，其具有质量轻、可安装性好、真空隔热性能优越等特点，消耗的资源代价小且遮阳效果强。提高了洁净OSR散热面41%的散热能力，可解决常规温度下退化或沾染灰尘散热面(太阳吸收率0.45)散热面无法散热的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1安装于航天系统的多层遮阳机构组成结构示意图；
[0022]图2月面巡视器遮阳板组成结构示意图；
[0023]图3月面巡视器遮阳板工作原理图；
[0024]图4月球北半球太阳方位与遮阳板方位调节示意图；
[0025]图5遮阳前后散热面温度分析图；
[0026]其中，1-遮阳板，2-安装骨架，3-驱动机构A，4-驱动机构B。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0028]本发明的设计思想为:根据系统所处真空环境和太阳光方向的特点，在碳纤维网状蒙皮蜂窝板上安装一个高隔热性能的真空隔热多层遮阳板，利用轴向垂直的两套驱动机构，根据太阳方向和遮阳比率需要调节遮阳板位置，可实现散热面完全遮阳、部分遮阳和非遮阳。
[0029]本发明可调节的真空隔热多层遮阳降温方法，具体步骤为:
[0030]步骤一、制作安装于所需散热航天系统上的多层遮阳机构；
[0031]如图1所示，所述遮阳机构包括遮阳板、安装骨架、驱动机构A和驱动机构B ;其中遮阳板由双面镀铝聚酯薄膜和涤纶网交替相叠而成，且其最外面包覆一层聚酰亚胺镀铝薄膜，聚酰亚胺镀铝薄膜膜面朝外；所述安装骨架为碳纤维网状蒙皮蜂窝板；上述部件连接关系为:
[0032]驱动机构A安装于所述航天系统的侧面，且其转动轴与航天系统散热面的一边平行；驱动机构B安装于所述航天系统的底面或侧面，且其转动轴与航天系统散热面垂直；安装骨架与驱动机构A相连，遮阳板固定于安装骨架上；
[0033]本发明较佳的令遮阳板由16层双面镀铝聚酯薄膜和15层涤纶网交替相叠而成，且最外层包覆的聚酰亚胺镀铝薄膜的厚度为25微米。采用该方式的设计的遮阳板可反射50%以上的太阳光，15单元多层遮阳板在真空环境中隔热性能非常好，未被反射的太阳热量绝大部分被多层遮阳板隔离在遮阳板外侧。
[0034]同时本发明较佳地采用粘贴于安装骨架上的聚酰亚胺销钉将遮阳板固定于安装骨架上。
[0035]步骤二、判断是否需要进行遮阳，当需要进行完全遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板完全遮挡入射至散热面的太阳光；当需要进行部分遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板部分遮挡入射至散热面的太阳光；当无需进行遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板不对入射至散热面的太阳光进行遮挡。
[0036]本步骤中当系统散热面太阳入射高度角、等效入射能量密度较大时，则表示需要进行遮阳，则控制驱动机构A转动遮阳板至竖立姿态，使遮阳板遮挡入射太阳光；当散热面太阳入射高度角较小、且无遮阳需求时，遮阳板保持水平或向下倾姿态，可保持散热面阳光无遮挡。同时，当散热面阳光入射高度角最大为45°时，遮阳板的尺寸可等于散热面尺寸，竖立的多层遮阳板可100%遮挡散热面入射太阳光。如散热面阳光入射高度角大于45°，能部分遮挡太阳光，可将遮阳板竖立姿态下的高度尺寸相应增大。
[0037]本发明可以采用两种方式来进行遮阳判断，第一，设置安装于遮阳板背面的光敏元件，所述光敏元件用于感应太阳方位，驱动机构B根据光敏元件感应的太阳方位，判断是否需要进行遮阳。第二，驱动机构B上存有航天系统所在轨道或地理位置的太阳方位角变化数据，驱动机构B根据所述数据判断是否需要进行遮阳。
[0038]随着相对散热面太阳方位的变化，实时调整遮阳板的方位，使得散热面始终处于遮阳板的阴影下。一种方法根据系统所在特定轨道或地理位置的太阳方位角变化数据，植入程序控制驱动机构B转动，实时调整遮阳板指向太阳方位，另一种方法，在遮阳板背面安装光敏元件，感应太阳方位，并反馈给程序控制驱动机构B随动，使得散热面始终处于遮阳板的阴影下。根据遮阳效果的需要和动作的可实现性，调整频率可为5° /次?20° /次。
[0039]实例:可调节的真空隔热多层遮阳降温方法在月面巡视探测器中的应用:
[0040](I)多层遮阳板是一种15单元薄膜、涤纶网复合柔性轻质结构，由16层双面镀铝聚酯薄膜和15层涤纶网相叠而成，如图2，双面镀铝聚酯薄膜仅6微米厚、单重约9g/m2，涤纶网单重约10g/m2，多层最外面包覆一层25微米厚的聚酰亚胺镀铝薄膜，单重约38g/m2，15单元多层遮阳板复合单重不超过350g/m2，非常轻便。聚酰亚胺镀铝薄膜膜面朝外，可反射50%以上的太阳光，15单元多层遮阳板在真空环境中隔热性能非常好，未被反射的太阳热量绝大部分被多层遮阳板隔离在遮阳板外侧。
[0041](2)月面巡视器的散热面为平行月球当地水平面的OSR型散热面，在月面巡视器的一侧安装多层遮阳板，多层遮阳板尺寸与巡视器散热窗口尺寸一致，设计为长度1240_、宽度800mm，含边缘尺寸面积约lm2，重量约350g。
[0042](3)利用月球巡视器一侧可展可收太阳翼碳纤维网状蒙皮蜂窝板作为多层遮阳板安装骨架，将多层遮阳板安装于月球巡视器太阳翼蜂窝板背面，组成太阳翼遮阳板复合结构；由于多层为柔性轻质结构，使用30?50个聚酰亚胺销钉固定多层遮阳板即可，销钉座均匀布局于太阳翼背面并用硅橡胶粘贴，多层隔热板打孔配装后用聚酰亚胺压片固定多层，见图2。
[0043](4)驱动机构A安装于巡视器的侧面，当巡视器水平散热面太阳入射高度角、等效入射能量密度较大时，控制驱动机构A转动太阳翼至竖立姿态，使遮阳板遮挡入射太阳光；当巡视器水平散热面太阳入射高度角较小、无遮阳需求时，太阳翼保持水平或向下倾姿态，使太阳翼正面对太阳发电，可保持散热面阳光无遮挡。见图3。
[0044]当散热面阳光入射高度角最大为45°时，遮阳板的尺寸可等于散热面尺寸，竖立的多层遮阳板可100%遮挡散热面入射太阳光。如散热面阳光入射高度角大于45°，能部分遮挡太阳光，可将遮阳板竖立姿态下的高度尺寸相应增大。
[0045](5)在月球北半球，一个月球日内太阳方位从东南逐渐向西南变化，利用巡视器的移动装置原地转动，使得多层遮阳板始终处于散热面和阳光之间，见图4。太阳方位角每变化5°约合15小时调整一次，调整前有不超过5%的太阳照射到散热面上，需要考虑为散热面的到达外热流。
[0046](6)针对处于月球北纬44°的月面巡视器，图5给出了无多层遮阳和有多层竖立遮阳两种状态下，月午时巡视器的散热面温度云图，从图中数据比对可看出，多层遮阳下洁净散热面温度相比无遮阳平均下降约28.9°C，多层遮阳下沾染月尘散热面(太阳吸收率
0.45)温度相比无遮阳平均下降约57.5°C，效果非常明显。
[0047]通过采用本发明所提供的方法，可得到一种高性能多层遮阳板的制作、安装及使用方法，在散热面太阳入射角45°时，可使得每平方米洁净OSR散热面多散热95W?190W，退化或沾染灰尘散热面散热能力增加420W/m2 ;从而有效降低系统散热面和设备温度。
[0048]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种可调节的真空隔热多层遮阳降温方法，其特征在于，具体步骤为: 步骤一、制作安装于所需散热系统上的多层遮阳机构； 所述遮阳机构包括遮阳板、安装骨架、驱动机构A和驱动机构B ;其中遮阳板由双面镀铝聚酯薄膜和涤纶网交替相叠而成，且其最外面包覆一层聚酰亚胺镀铝薄膜，聚酰亚胺镀铝薄膜膜面朝外；所述安装骨架为碳纤维网状蒙皮蜂窝板；上述部件连接关系为: 驱动机构A安装于所述散热系统的侧面，且其转动轴与散热系统散热面的一边平行；驱动机构B安装于所述散热系统的底面或侧面，且其转动轴与散热系统散热面垂直；安装骨架与驱动机构A相连，遮阳板固定于安装骨架上； 步骤二、判断是否需要进行遮阳，当需要进行完全遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板完全遮挡入射至散热面的太阳光；当需要进行部分遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板部分遮挡入射至散热面的太阳光；当无需进行遮阳时，控制驱动机构A和驱动机构B转动，使遮阳板不对入射至散热面的太阳光进行遮挡。
2.根据权利要求1所述可调节的真空隔热多层遮阳方法，其特征在于，在步骤一制作过程中，设置安装于遮阳板背面的光敏元件，所述光敏元件用于感应太阳方位，驱动机构B根据光敏元件感应的太阳方位实时调整进行遮阳。
3.根据权利要求1所述可调节的真空隔热多层遮阳方法，其特征在于，所述驱动机构B上存有散热系统所在轨道或地理位置的太阳方位角变化数据，驱动机构B根据所述数据实时调整进行遮阳。
4.根据权利要求1所述可调节的真空隔热多层遮阳方法，其特征在于，所述遮阳板由16层双面镀铝聚酯薄膜和15层涤纶网交替相叠而成，且最外层包覆的聚酰亚胺镀铝薄膜的厚度为25微米。
5.根据权利要求1所述可调节的真空隔热多层遮阳方法，其特征在于，采用粘贴于安装骨架上的聚酰亚胺销钉将遮阳板固定于安装骨架上。
【文档编号】B64G1/16GK104049643SQ201410245119
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】陈建新, 向艳超, 张冰强, 钟奇, 贾阳, 邵兴国, 李群智, 党兆龙 申请人:北京空间飞行器总体设计部