专利名称：一种用于空间辐射制冷器的复合级间支撑系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及空间辐射制冷器，具体是指一种用于空间辐射制冷器的复合级间支撑系统。
背景技术：
辐射制冷器的级间支撑导热造成的热负载是各级热负载的重要组成部分，特别是一级、二级支撑导热在总漏热中所占比例较大，对辐射制冷器性能影响相当大。减少辐射制冷器级间支撑导热从而达到更优性能，一直是辐射制冷器研究的热门课题。因为辐射制冷器的应用场合是航天飞行器有效载荷仪器中的需在低温工作的探测元件或光学系统等，辐射制冷器必须具有良好的力学性能，以满足航天飞行器发射时苛刻的力学条件。不能满足发射力学条件的辐射制冷器，不管其热学性能如何优良，都是无法应用的。辐射制冷器为了保证良好的力学性能，必将以一定的热损耗为代价，因为支撑的力学性能与导热是相互矛盾的。支撑导热与支撑截面积、支撑导热系数呈正比，与支撑长度呈反比，辐射制冷器要求级间支撑导热小，希望支撑截面积小、支撑长度长、导热系数低。良好的力学性能则要求支撑截面积大、支撑长度短。常规金属材料的强度较高，但导热系数也大，因此大量的研究工作是寻找既具有较高强度又具有较低的导热系数的材料。
复合材料的进展，特别是玻璃纤维增强树脂材料的良好性能，在相当程度上满足了低热导、高强度、质量轻的要求。目前辐射制冷器采用的支撑大都为低热导环氧玻璃钢材料，但环氧玻璃钢复合材料的性能与成型工艺关系很大，成型时固化温度、时间、压力直接影响玻璃钢性能。
为了减小支撑系统的热损耗，常用的管状、杯状支撑，这种结构由于其轴向和径向强度相差很大，而辐射制冷器的力学环境试验要求支撑系统在X、Y、Z三方向同时满足振动、冲击等，力学试验量级三方向一致，因此即使用复合材料还经常发生悬臂粱剪切破坏。为保证支撑在三方向均具有足够强度，满足X、Y、Z三向振动力学条件，必须采取必要的措施加强支撑径向强度。
辐射制冷器的实际工作情况是飞行器发射时辐射制冷器不工作，也就是说无级间导热要求。辐射制冷器级间支撑低导热的要求是在辐射制冷器正常工作状态下才开始的，因此研制空间辐射制冷器级间支撑系统，使其在地面及发射过程中连接良好，具有相当高的强度，在发射入轨开始制冷后辐射制冷器级间支撑与连接固定件脱离，形成热开路，成为该领域科技人员研究的热门课题。
目前国内外科技人员为满足上述要求主要采用以下两种记忆合金级间支撑系统1.适用于V型辐射制冷器的铜锌铝记忆合金支撑，见H.R.schember，“Optimization of V-Groove radiator configuration”，AIAA-87-1506文献。该支撑为杆状结构，共四根，呈十字架对称分布，在辐射制冷器发射时，支撑杆从四个方向压紧辐射制冷器的冷块，保证力学强度和刚度。辐射制冷器降温后，支撑杆恢复形变，产生2％的轴向位移，与冷块脱离，变形温度设计为-10℃。这种结构的支撑系统有一个缺点，那就是四根铜锌铝记忆合金杆变形性能可能会不一致，从而影响整个支撑系统的稳定性。
2.采用弹簧偏置记忆合金板簧结构的记忆合金支撑，见董德平，“新一代极轨气象卫星辐射制冷器的研究”中国科学院上海技术物理研究所博士论文。该支撑利用NiTi记忆合金奥氏体相弹性模量比马氏体相高3～4倍的特性，使得偏置弹簧在低温下驱动记忆合金板簧产生较大位移。这种结构的记忆合金支撑的最大缺点就是结构过于复杂，同时需要较大的支撑安装面，较适用于大型辐射制冷器，对中小型辐冷器不太适合，因此可移植性不强。
发明内容
本发明的目的是提出一种工作温度小于负23℃，结构简单，可移植性强，适用于空间辐射制冷器用的级间复合支撑系统。
本发明的目的是这样实现的，复合级间支撑系统包括常规的圆锥台支撑体1，由支撑连接体2、记忆合金弹簧3、内置运动活塞4、偏置弹簧5及支撑端盖6构成的记忆合金支撑体，如图1所示。
记忆合金支撑体的支撑连接体同轴固接在圆锥台支撑体的圆锥台面101下，支撑连接体下端有一倒置的支撑端盖，二者在同一轴上，并有一间隙，支撑端盖盖体与圆锥台支撑体外折脚102固接。支撑连接体内置有记忆合金弹簧，支撑端盖内置有偏置弹簧，内置运动活塞的上端与记忆合金弹簧连接，下端与偏置弹簧连接。
记忆合金支撑体也可以是支撑连接体内置偏置弹簧3，支撑端盖内置记忆合金弹簧5，内置运动活塞的上端与偏置弹簧连接，下端与记忆合金弹簧连接。也就是说记忆合金弹簧的放置位置与偏置弹簧交换。
圆锥台支撑体的作用1)在发射过程中，起着轴向支撑的作用；2)正常工作情况下，起到保证红外焦平面的位置。
支撑连接体的作用1)提供与圆锥台支撑体相连的上接口；2)为内置运动活塞提供工作路径。
支撑端盖的作用1)提供与圆锥台支撑体相连的下接口；2)为运动活塞提供工作路径。
内置运动活塞的作用1)通过上下运动，造成支撑连接体和支撑端盖的“热通路”、“热开路”；2)发射过程中，提供较大的径向支撑力。
记忆合金弹簧的作用感应温度，产生伸张力，使内置运动活塞向上运动。
偏置弹簧的作用与记忆合金弹簧相配合，产生回复力，使内置运动活塞向下运动。
本发明的支撑系统工作过程如下发射环境状态由于记忆合金弹簧的记忆合金力的作用，内置运动活塞处于支撑连接体和支撑端盖之间，此时支撑连接体和支撑端盖处于“热通路”，并提供较大的径向支撑力。
低温工作状态当周围环境温度达到273K时，记忆合金弹簧开始软化，其力无法克服偏置弹簧的回复力；偏置弹簧带动内置运动活塞向下运动，当温度达到250K时，内置运动活塞上端面与支撑连接体脱离，而完全进入支撑端盖，此时支撑连接体和支撑端盖处于“热开路”，整个焦平面的位置由圆锥台支撑体保证，如图2所示。
本发明的复合级间支撑系统有如下优点
1.外观精巧、结构简单、易于实现、适用于各种辐射制冷器。
2.能较大幅度的减少正常工作时由于支撑导热造成的热负载，同时为处于发射过程的支撑系统提供较大的径向支撑力，尽可能防止支撑断裂的发生。
图1为本发明的复合级间支撑系统剖面结构示意图；图2为本发明的复合级间支撑系统处于正常工作状态下的结构示意图；图3为支撑连接体的结构示意图；图4为内置运动活塞的结构示意图；图5为支撑端盖的结构示意图；图6为圆锥台支撑体的结构示意图。
具体实施例方式
见图1，本发明的复合级间支撑系统包括圆锥台支撑体1、支撑连接体2、记忆合金弹簧3、内置运动活塞4、偏置弹簧5及支撑端盖6。首先把记忆合金弹簧3及偏置弹簧5的一端分别穿入内置运动活塞4两端的径向通孔401内，而记忆合金弹簧3的另一端穿入支撑连接体2的径向通孔201内，偏置弹簧5的另一端穿入支撑端盖6的径向通孔601内，使内置运动活塞4的上半部置于支撑连接体2的下端内，下半部置于支撑端盖6的上端内，两者为紧密配合。支撑连接体2和支撑端盖6之间间隙为0.5-1.0mm。再通过螺钉把支撑端盖盖体601与圆锥台支撑体外折脚102螺接，支撑连接体2的上端和圆锥台支撑体1的圆锥台面101及冷块7螺接，支撑端盖6与冷块8螺接。
本发明中我们使用了两种弹簧，通过计算，使它们之间匹配运动，当处于发射状态时，偏置弹簧处于最大收缩状态；正常工作时，偏置弹簧回到正常状态。弹簧的运动距离必须确保内置运动活塞上端面能完全脱离支撑连接体，而完全进入支撑端盖。
记忆合金材料的4个温度指标Ms称为马氏体开始温度，Mf称为马氏体相变终止温度，As称为马氏体逆相变开始温度，Af称为马氏体逆向变的终止温度。Ms、Mf、As、Af对记忆合金的应用十分重要。根据本发明应用的实际情况，用于支撑系统的形状记忆合金马氏体向母相转变终止温度Af要求等于或低于发射环境温度，Mf高于辐冷器各级正常工作时记忆合金使用温度。只有满足上述温度条件，记忆合金在发射环境温度下处在母相，当辐冷器开始工作后，开始马氏体相变转变，在辐冷器各级正常工作时，记忆合金处于安全马氏体状态。本发明选用NiTi记忆合金作为首选材料，NiTi形状记忆合金性能稳定，可逆应变大，循环次数对记忆性能衰退的影响较小，实际应用十分有利。本发明中记忆合金材料的相变温度为As＞260K，Af＜283K，Ms＜293K，Mf＞250K。
本发明中的偏置弹簧采用不锈钢材料，圆锥台支撑体采用环氧玻璃钢，内置运动活塞、支撑连接体及支撑端盖均采用钛合金。
权利要求
1.一种用于空间辐射制冷器的复合级间支撑系统，包括常规的圆锥台支撑体(1)、其特征在于在常规的圆锥台支撑体(1)内置有由支撑连接体(2)、记忆合金弹簧(3)、内置运动活塞(4)、偏置弹簧(5)及支撑端盖(6)构成的记忆合金支撑体；记忆合金支撑体的支撑连接体(2)同轴固接在圆锥台支撑体(1)的圆锥台面(101)下，支撑连接体下端有一倒置的支撑端盖(6)，二者在同一轴上，并有一间隙，支撑端盖盖体(601)与圆锥台支撑体外折脚(102)固接；支撑连接体(2)内置有记忆合金弹簧(3)，支撑端盖(6)内置有偏置弹簧(5)，内置运动活塞(4)的上端与记忆合金弹簧连接，下端与偏置弹簧连接。
2.根据权利要求1的一种用于空间辐射制冷器的复合级间支撑系统，其特征在于所说的支撑连接体(2)和支撑端盖(6)之间间隙为0.5-1.0mm。
3.根据权利要求1的一种用于空间辐射制冷器的复合级间支撑系统，其特征在于所说的记忆合金弹簧(3)材料为NiTi记忆合金，偏置弹簧(5)采用不锈钢材料，圆锥台支撑体(1)采用环氧玻璃钢，内置运动活塞(4)、支撑连接体(2)及支撑端盖(6)均采用钛合金。
4.一种用于空间辐射制冷器的复合级间支撑系统，包括常规的圆锥台支撑体(1)、其特征在于在常规的圆锥台支撑体(1)内置有由支撑连接体(2)、偏置弹簧(3)、内置运动活塞(4)、记忆合金弹簧(5)及支撑端盖(6)构成的记忆合金支撑体；记忆合金支撑体的支撑连接体(2)同轴固接在圆锥台支撑体(1)的圆锥台面(101)下，支撑连接体下端有一倒置的支撑端盖(6)，二者在同一轴上，并有一间隙，支撑端盖盖体(601)与圆锥台支撑体外折脚(102)固接；支撑连接体(2)内置有偏置弹簧(3)，支撑端盖(6)内置有记忆合金弹簧(5)，内置运动活塞(4)的上端与偏置弹簧(3)连接，下端与记忆合金弹簧(5)连接。
5.根据权利要求4的一种用于空间辐射制冷器的复合级间支撑系统，其特征在于所说的支撑连接体(2)和支撑端盖(6)之间间隙为0.5-1.0mm。
全文摘要
本发明的一种用于空间辐射制冷器的复合级间支撑系统，该支撑系统是在常规的圆锥台支撑体内增加一个记忆合金支撑体，构成一个复合级间支撑。记忆合金支撑体由支撑连接体、记忆合金弹簧、支撑端盖、偏置弹簧和内置运动活塞组成。圆锥台支撑体的作用在发射过程中，起着轴向支撑的作用；正常工作情况下，起到保证红外焦平面的位置。内置运动活塞的运动由记忆合金弹簧控制，使记忆合金支撑体在“热通路”和“热开路”之间转换，当“热通路”时，也即发射过程中，支撑系统提供较大的径向支撑力，“热开路”时，使空间辐射制冷器的热损耗达到最低。本发明的优点是外观精巧、结构简单、易于实现、适用于各种空间辐射制冷器。
文档编号F28F9/26GK1529114SQ0315141
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月29日 优先权日2003年9月29日
发明者尤建钢, 董德平, 王维扬 申请人:中国科学院上海技术物理研究所