一种模块化复合型高能武器散热系统及其控制方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种模块化复合型高能武器散热系统及其控制方法，适用于机载、星载、舰载、车载等平台高能激光设备散热，属于设备热管理及环控领域。

背景技术：
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近年来，高能激光武器作为下一代新型武器得到快速发展。研究表明，高能武器将电能转化为激光的效率仅为10％～15％，导致执行任务时热流密度高达100～800w/cm²，且间歇脉冲型工作，负荷波动极大，给散热系统提出了很大的挑战。此外，高能武器可能在机载、星载、舰载和车载等各种平台工作，各种平台下散热条件和重力条件等环境条件差异显著。传统的高能武器散热系统的都依靠外部制冷，针对于某一种平台单独设计，严重制约了高能武器的灵活性、机动性和可移植性。

针对现有技术的不足，本发明拟提出一种模块化复合型高能武器散热系统及其控制方法，可在各种冷却条件和重力条件下可靠高效工作，当冷却水温较低且高能武器负荷较小时，机组工作于动力热管模式(微重力或过载下都可正常工作)，保障系统节能运行；当冷却水温较高且高能武器负荷较大时，系统工作于蒸气压缩制冷模式下，保障系统安全可靠。同时，由于共享换热器，该系统占地空间小、重量轻、控制简便。该系统可在机载、星载、舰载和车载等各种平台高效可靠工作，极大提高了高能武器的灵活性、机动性和可移植性。

技术实现要素：
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本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种模块化复合型高能武器散热系统及其控制方法。采用可调压比和转速的微型无油变频压缩机当作动力源，且实现“一机两用”：当冷却流体温度较高且高能武器负荷较大时，压缩机高速高压运转，节流装置工作，运行于蒸气压缩制冷模式，保障散热安全可靠；当冷却流体温度较低且高能武器负荷较小时，压缩机低速低压运转，节流装置被旁通，运行于动力热管循环模式，此时压缩机仅驱动工质循环，并不建立压差，耗电量极低，保障系统节能运行。。

本发明采用如下技术方案：一种模块化复合型高能武器散热系统，由高能武器舱和散热设备舱组成；所述高能武器舱内设置高能武器以及蒸发器，在高能武器以及蒸发器的周边填充有相变材料；所述散热设备舱内设置压缩机、冷凝器、节流支路、旁通支路、控制器、冷凝器流体进口和冷凝器流体出口；所述蒸发器通过制冷剂管路依次与压缩机、冷凝器和节流支路连接，节流支路和旁通支路并联设置，节流支路上设置节流装置，旁通支路上设置旁通阀。

进一步地，所述压缩机为压比和转速可调的微型无油变频压缩机。

进一步地，所述相变材料为直接接触式相变材料。

进一步地，所述冷凝器的冷却流体为水、空气或者油。

本发明还采用如下技术方案：一种模块化复合型高能武器散热系统的控制方法，控制器采集高能武器周边温度后控制压缩机、节流装置和旁通阀，在不同的冷却流体和高能武器负荷情况下，根据高能武器周边温度，该系统实现两种工作模式：

(a)当高能武器负荷较大或冷却流体温度较高，表面温度t>a时，其中a为系统的预设温度值，控制器控制压缩机高速、高压比运转，节流装置工作，旁通阀关闭，蒸发器、压缩机、冷凝器和节流支路构成蒸气压缩制冷循环；

(b)当高能武器负荷较小且冷却流体温度较低，表面温度t<a时，其中a为系统的预设温度值，控制器控制压缩机低压低速运转，旁通阀打开，节流装置关闭，蒸发器、压缩机、冷凝器和旁通支路构成动力驱动热管循环。

本发明具有如下有益效果：

(1)、当冷却流体温度较高或高能武器负荷较大时，压缩机高速运转且节流装置工作，满足散热要求，保障散热安；当冷却流体温度较低且高能武器负荷较小时，压缩机低压低速运转，通过付出极小的功耗驱动工质循环，构建动力热管循环，在节能基础上满足传热要求，且该动力热管循环可在微重力或过载情况下可靠运行；压缩机“一机两用”，动力热管模式(图3)和蒸气压缩模式(图2)共享蒸发器和冷凝器，管路设计简洁顺畅，使得系统重量轻、占地空间小、控制简便。

(2)、高能武器具有间歇工作，负荷波动大的特点，通过添加相变材料，可极大地削减高能武器工作时瞬间热负荷的冲击，保障系统安全可靠。

(3)、该系统自带两种制冷模式，可在不同平台各种冷却环境和重力条件下高效可靠工作，外部平台只需提供冷却流体即可工作，极大地提高了高能武器的灵活性、机动性和可移植性。

附图说明：

图1为本发明模块化复合型高能武器散热系统的结构原理图。

图2为本发明模块化复合型高能武器散热系统的蒸气压缩流程图。

图3为本发明模块化复合型高能武器散热系统的动力热管流程图。

图中：

1－高能武器舱；2－散热设备舱；3－高能武器；4－相变材料；5－蒸发器；6－控制器；7－压缩机；8－冷凝器；9－节流支路；10－旁通支路；11－节流装置；12-旁通阀；13-冷凝器流体进口；14-冷凝器流体出口。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明模块化复合型高能武器散热系统由高能武器舱1和散热设备舱2组成；高能武器舱1内设置高能武器3以及蒸发器5，在高能武器3以及蒸发器5的周边填充有相变材料4。散热设备舱2内设置压缩机7、冷凝器8、节流支路9、旁通支路10、控制器6、冷凝器流体进口13和冷凝器流体出口14；蒸发器5通过制冷剂管路依次与压缩机7、冷凝器8和节流支路9连接，节流支路9和旁通支路10并联设置，节流支路9上设置节流装置11，旁通支路10上设置旁通阀12。压缩机7为压比和转速可调的微型无油变频压缩机；控制器6采集高能武器周边温度后控制压缩机7、节流装置11和旁通阀12，在不同的冷却流体和高能武器3负荷情况下，根据高能武器3周边温度，该系统可实现两种工作模式：

(a)当高能武器3负荷较大或冷却流体温度较高，表面温度t>a时，其中a为系统的预设温度值，控制器6控制压缩机7高速、高压比运转，节流装置11工作，旁通阀12关闭，蒸发器5、压缩机7、冷凝器8和节流支路9构成蒸气压缩制冷循环；

(b)当高能武器3负荷较小且冷却流体温度较低，表面温度t<a时，其中a为系统的预设温度值，控制器6控制压缩机7低压低速运转，旁通阀12打开，节流装置11关闭，蒸发器5、压缩机7、冷凝器8和旁通支路10构成动力驱动热管循环。

上述方案中相变材料4为直接接触式相变材料，冷凝器8的冷却流体为水、空气、油等流体。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种模块化复合型高能武器散热系统及其控制方法，由高能武器舱和散热设备舱组成；高能武器舱内设置高能武器以及蒸发器，在高能武器以及蒸发器的周边填充有相变材料；散热设备舱内设置压缩机、冷凝器、节流支路、旁通支路、控制器、冷凝器流体进口和冷凝器流体出口；蒸发器通过制冷剂管路依次与压缩机、冷凝器和节流支路连接，节流支路和旁通支路并联设置，节流支路上设置节流装置，旁通支路上设置旁通阀。在不同的冷却流体和高能武器设备负荷情况下，根据高能武器周边温度，该系统可实现两种工作模式。本发明系统自带两种制冷模式，外部平台只需提供冷却流体即可工作，极大地提高了高能武器的灵活性、机动性和可移植性。

技术研发人员：张朋磊;张大林;陈维建;武艳
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2017.04.18
技术公布日：2017.09.12