一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航天器低温贮箱隔热技术领域，尤其涉及一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构。
【背景技术】
[0002]低温推进剂无损存储对未来深空探测任务的不断深入具有举足轻重的作用。低温推进剂沸点低，无论是在近地轨道还是月球或者火星表面，蒸发均不可避免。低温推进剂蒸发导致贮箱内压力升高，对贮箱造成破坏性风险。因此，对低温推进剂的蒸发进行有效控制，实现零蒸发存储是目前低温推进剂存储技术急需解决的关键问题之一。实现低温推进剂零蒸发存储的主要途径有主动热转移技术和被动绝热技术。主动热转移技术是利用低温贮箱和制冷机的耦合，移出漏入低温系统的热量，以实现低温推进剂零蒸发存储；被动绝热技术是通过改进低温贮箱绝热形式来减小漏热，从而提高贮箱绝热效果。
[0003]现有的被动绝热技术直接在低温贮箱外包覆一定密度的多层绝热层，在该多层绝热层外加一层金属外壳，在低温IC箱和金属外壳之间抽真空。金属外壳与低温IC箱之间焊接密封。其利用金属外壳与低温贮箱之间的夹层为其低温贮箱提供真空环境，但是该金属外壳的重量不可忽视，对于航天器整体质量要求的满足提出了难题。多层绝热层在真空情况下的辐射传热时起到降低漏热的作用，但是在地面上时，多层绝热层不能起到隔热的作用，这时会出现漏热问题。在太空的高真空情况下，多层绝热层可以起到降低辐射隔热作用，但该现有的多层绝热层的密度为固定的，若要起到很好的降低辐射隔热作用就要增加多层绝热层的密度，但是这样会绝热结构的整体重量增加，不能满足航天器的质量和成本要求，即在质量和隔热效果的矛盾问题。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，被动地减少了航天器低温贮箱的漏热，将低温贮箱的漏热量降到最低，从而减少了低温推进剂蒸发，延长了航天器在轨寿命；而且该绝热结构还具有质量轻的优点。
[0005]本发明的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，安装于低温贮箱外部，其关键技术在于，该基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构包括:聚氨酯泡沫绝热层和变密度绝执层.
[0006]其中，聚氨酯泡沫绝热层粘贴于低温贮箱外壁上；变密度绝热层包覆在聚氨酯泡沫绝热层外壁上；
[0007]且:变密度绝热层由厚度相等的三层组成，从聚氨酯泡沫绝热层外壁开始依次为低密度层、中密度层、高密度层，且依次由8层绝热层、14层绝热层、20层绝热层加工而成。
[0008]进一步的，在变密度绝热层的中密度区的第七层绝热层与第八层绝热层之间设置气冷屏；
[0009]低温贮箱的颈管从低温贮箱入口处插入，并与低温贮箱焊接密封；气冷屏两端与颈管上设置的翅片焊接，该气冷屏的材料为铝。
[0010]进一步的，气冷屏为光屏结构。
[0011]进一步的，所述聚氨酯泡沫绝热层中聚氨酯泡沫在77?300K温区的密度约为30-46kg/m3，导热系数约为 0.018-0.026W/ (m.K)。
[0012]进一步的，每一层绝热层均包括辐射层材料与间隔层材料；所述辐射层材料为铝箔或双面镀铝薄膜，所述间隔层材料为尼龙网。
[0013]有益效果:
[0014]1.本基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构无金属外壳，减少了绝热结构的质量;
[0015]2.本基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构增加了聚氨酯泡沫绝热层，其密度小、质量轻，在航天器地面停放、发射上升阶段既能发挥绝热作用，也不会影响绝热结构的质量。
[0016]3.本基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构设计了新的变密度绝热层，其密度沿温度升高方向依次增高，在高真空环境下能够满足隔热作用，而且相比较现有技术中的定密度的多层隔热层的质量大大减小。
[0017]4.本基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构增设气冷屏，通过颈管中的低温气体将气冷屏冷却，在航天器地面停放、发射上升、在轨运行阶段均能发挥绝热作用。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，本发明的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构包括:聚氨酯泡沫绝热层3、变密度绝热层4、气冷屏5 ;
[0020]在低温贮箱2外粘贴一层聚氨酯泡沫绝热层3，在聚氨酯泡沫绝热层3外部包覆一层变密度绝热层4 ;
[0021]聚氨酯泡沫绝热层3的导热系数低，主要在航天器地面停放、发射上升阶段发挥绝热作用，所述聚氨酯泡沫绝热层中聚氨酯泡沫在77?300K温区的密度约为30-46kg/m3，导热系数约为 0.018-0.026W/ (m.K)。
[0022]变密度绝热层4的每一层均包括辐射层材料与间隔层材料，辐射层材料为吸收系数小、反射系数大的铝箔或双面镀铝薄膜；间隔层材料为结构疏松、导热系数小的尼龙网。所述变密度绝热层4采用三层密度结构，从贮箱2外壁开始(温度升高方向)依次为低密度区、中密度区、高密度区；三层依次由8层/cm、14层/cm、20层/cm加工而成；且加工后的三层厚度相等，均为总厚度的1/3。
[0023]进一步，在变密度绝热层4的中密度区的之间设置气冷屏5，该气冷屏材料为铝，且为光屏结构。效果较好的，在变密度绝热层4的中密度区的第七层绝热层与第八层绝热层之间设置气冷屏5。
[0024]气冷屏5的两端与颈管I翅片焊接，通过颈管I中的低温气体将气冷屏5冷却。因此在航天器地面停放、发射上升、在轨运行阶段均能发挥绝热作用。
[0025]加工工序包括:首先，将聚氨酯泡沫材料涂敷在低温贮箱壁上；其次，将变密度绝热层低密度区材料及一半中密度区材料逐层包裹在聚氨酯泡沫绝热层上；随后，将气冷屏紧贴变密度绝热层挂在低温贮箱颈管翅片上；最后，将变密度绝热层一半中密度区材料及高密度区材料逐层包裹在气冷屏上。其中，在聚氨酯泡沫绝热层及气冷屏上包覆变密度绝热层材料时，先包间隔层材料，再包辐射层材料。
[0026]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，安装于低温贮箱(2)外部，其特征在于，该基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构包括:聚氨酯泡沫绝热层(3)和变密度绝热层⑷； 其中，聚氨酯泡沫绝热层⑶粘贴于低温贮箱⑵外壁上；变密度绝热层⑷包覆在聚氨酯泡沫绝热层(3)外壁上； 且:变密度绝热层(4)由厚度相等的三层组成，从聚氨酯泡沫绝热层(3)外壁开始依次为低密度层、中密度层、高密度层，且依次由8层绝热层、14层绝热层、20层绝热层加工而成。2.如权利要求1所述的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，其特征在于，在变密度绝热层(4)的中密度区的第七层绝热层与第八层绝热层之间设置气冷屏(5); 低温贮箱(2)的颈管(I)从低温贮箱(2)入口处插入，并与低温贮箱(2)焊接密封；气冷屏(5)两端与颈管(I)上设置的翅片焊接，该气冷屏(5)的材料为铝。3.如权利要求1所述的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，其特征在于，气冷屏(5)为光屏结构。4.如权利要求1所述的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，其特征在于，所述聚氨酯泡沫绝热层(3)中聚氨酯泡沫在77?300K温区的密度约为30-46kg/m3，导热系数约为 0.018-0.026W/ (m.K)。5.如权利要求1所述的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，其特征在于，每一层绝热层均包括辐射层材料与间隔层材料；所述辐射层材料为铝箔或双面镀铝薄膜，所述间隔层材料为尼龙网。
【专利摘要】本发明的基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构，安装于低温贮箱外部，其关键技术在于，该基于气冷屏的地空两用型复合绝热结构包括：聚氨酯泡沫绝热层和变密度绝热层；其中，聚氨酯泡沫绝热层粘贴于低温贮箱外壁上；变密度绝热层包覆在聚氨酯泡沫绝热层外壁上；且：变密度绝热层由厚度相等的三层组成，从聚氨酯泡沫绝热层外壁开始依次为低密度层、中密度层、高密度层，且依次由8层绝热层、14层绝热层、20层绝热层加工而成。被动地减少了航天器低温贮箱的漏热，将低温贮箱的漏热量降到最低，从而减少了低温推进剂蒸发，延长了航天器在轨寿命；而且该绝热结构还具有质量轻的优点。
【IPC分类】F16L59/02
【公开号】CN105065855
【申请号】CN201510423830
【发明人】王丽红, 王田刚, 冶文莲, 李延娜, 陈叔平, 赵拓
【申请人】兰州空间技术物理研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月17日