[发明专利]一种减小试验成本的液氦热沉支撑结构

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种减试验成本的液氦热沉支撑结构。本发明特别用于一种减小液氦消耗的液氦热沉支撑结构。

【背景技术】

热沉是空间环境模拟设备的重要组成部分，其作用是在地面上模拟空间的冷黑环境。目前，国内外的热真空环境模拟试验设备大都采用液氮热沉模拟太空的冷黑环境，但对于要求有大放气量、大抽速的系统，能够模拟的真空度不高，只能模拟100km以下的环境压力。随着中国航天迅猛的发展，大放气量载人航天的需要，火箭发动机羽流试验的需求，采用液氮热沉已经无法达到试验要求，这就要求必须采用液氦热沉，其可以模拟100km以上的环境压力，更接近于真实的真空深冷环境。

发动机羽流试验一般采用氮气作为工作介质来模拟真实气体，此时，液氮热沉不能吸附发动机喷流氮气，无法维持一定的动态真空度，喷流氮气只能采用液氦热沉进行吸附，以维持足够高的动态真空度。

羽流试验用的液氦热沉由液氮热沉保护，以减小真空容器对液氦热沉的热负荷，即发动机羽流试验时，必须采用两层热沉，内部热沉为液氦热沉，液氦热沉主要用于气体吸附，外部热沉为液氮热沉，液氮热沉主要用于对液氦热沉的冷屏保护。

为了保证热沉正常工作，其必须有稳定的支撑结构，传统的支撑结构包括两方面，一是热沉片与骨架之间的支撑，另一个是热沉片与骨架连成一体后在真空容器内的支撑。支撑结构的关键是要让热沉片在冷热温度循环下能自由伸缩，不产生较大的温度应力。在热沉骨架与容器的支撑点上加绝热垫，可节省液氮消耗并避免容器壁结霜或结露。按照常规设计方法，用于羽流试验的两层热沉应分别采用骨架支撑，如图1所示，主要由滚轮支撑(6)、液氦热沉及其骨架(7)、液氮热沉及其骨架(8)、真空容器(9)组成。对于汽化潜热大且价格低廉的液氮来说，这种支撑结构由于导热和辐射而造成的液氮耗量不多，产生的附加试验成本不高。但对于汽化潜热小且价格昂贵的液氦来说，这种支撑结构由于导热和辐射而造成的液氦耗量急剧增加，且附加试验成本急剧升高。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种简单、能减小试验成本的液氦热沉支撑结构，即取消传统的液氦热沉骨架，将液氦热沉和液氮热沉设计成一体，液氦热沉通过聚四氟乙烯垫直接安装在液氮热沉上。把液氮热沉等效成液氦热沉骨架，从而减小了预冷液氦骨架所消耗的液量。

一种减小试验成本的液氦热沉支撑结构由聚四氟乙烯垫(1)、滚轮支撑(2)、液氦热沉(3)、液氮热沉及其骨架(4)、真空容器(5)组成。

本发明具有的优点在于：(a)液氦热沉通过聚四氟乙烯垫直接安装在液氮热沉上面，减少了一套热沉骨架；(b)增加了真空容器内部的有效试验空间；(c)减少了真空容器内部材料的放气率；(d)提高了真空容器内部的静态真空度；(e)减少了预冷液氦热沉需要消耗的液氦量；(f)材料减少，加工成本降低；(g)耗液少，试验成本降低。

【附图说明】

图1是传统热沉骨架形式

图2是等效热沉骨架形式

【具体实施方式】

下面结合附图来进一步说明本发明。

1、液氦热沉预冷过程分析

为了减小液氦消耗，预冷时，先向液氦热沉管路中充入液氮，使液氦热沉充分预冷到100K，然后利用液氦继续预冷液氦热沉，直到液氦热沉温度达到10K左右时，开始做试验。

预冷过程中，总的液氦耗量公式如下：

V_He＝V_He1+V_He2

VHe1=Q(h2-h1)ρHe]]>

式中：

V_He——总的液氦耗量，m3；

V_He1——预冷液氦热沉自身需要消耗的液氦量，m3，不包括骨架；

V_He2——克服静负载需要消耗的液氦量，m3，静负载包括各种热辐射和导热，主要是由液氮热沉、及骨架产生的；