[发明专利]用于热真空试验的热沉控温系统及控温方法

说明书

技术领域

本发明属于空间环境模拟中的热试验技术领域，具体涉及一种用于热真空试验的热沉的温度控制系统及控温方法。

背景技术

热真空试验是航天器所特有的试验，它是在规定的真空和热循环条件下验证航天器部组件、分系统和整个航天器满足规定要求的能力，从而暴露航天器在材料、工艺和制造质量方面的潜在缺陷，评定工作性能，验证飞行性能的试验。在热真空试验中，需要将航天器部组件温度控制在规定的范围，检验其工作性能。因此，热真空试验设备除需要提供真空冷黑环境之外，还要求对试验件的温度进行控制。

我国现有的热真空试验环境模拟设备中，多采用液氮制冷或机械制冷提供低温环境，使用太阳模拟器、红外加热器、表面接触式电加热片等设备模拟卫星在轨所受到的外热流和温度变化，以实现对试验件的温度控制。

外部调温措施中，太阳模拟器可研究太阳辐射在航天器上产生的光谱能量效应和热效应，没有引进近似和假设，模拟结果精度高、直观、可靠，然而其运行费用高，技术难度大，而且还要建造复杂的运动模拟器。此外，热真空试验没有对光谱的要求，因此较少使用太阳模拟器来模拟外部环境。

红外加热器仅考虑热效应，能全面模拟外热流，其技术简单、制作容易、成本低、操作维护方便和经济性好，得到了广泛的应用，目前我国进行这种试验多数是在热沉冷黑背景下，试验件周围设置红外加热装置(红外加热笼和红外灯阵)，用红外加热器的热流达到调温的目的。但是这种方法不但会增加液氮消耗量，还要消耗大量的电能；并且使用红外加热器对试件适应性差，需要根据不同的试件设计不同的红外加热器，特别对形状复杂和尺寸较小试件，红外加热器设计会很困难。

表面接触式电加热片是指在航天器的外蒙皮上粘贴具有一定电阻值的薄膜电加热片，在加热片表面涂上辐射率与卫星表面相同的涂层。由于加热片粘贴于卫星蒙皮上，改变了航天器表面的真实状态，从而改变了表面的热物理性能，导致一定的试验误差。

热沉调温方法是指通过向热沉中通入温度和流量可控的介质，将热沉温度控制在规定的温度范围内，从而利用热沉温度的改变来实现试验件温度的升高、降低以及试验件的温度控制。该方法在试验中不需要电加热装置对试验件进行加热，具有经济性好、对试验件无遮挡、可加速降温和使用方便等优点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于热真空试验的热沉的温度控制系统及控温方法。该控制系统通过利用导热油对两套热沉进行温度控制，提高了温度控制的精确性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

用于热真空试验的热沉的温度控制系统，主要包括制冷系统、载冷剂冷却器、载冷剂加热与温控系统、循环泵、载冷剂缓冲容器及热沉系统，载冷剂加热与温控系统包括分别用于主热沉加热和温度控制的载冷剂加热与温度控制器和用于辅热沉加热和温度控制的载冷剂加热和温度控制器，制冷系统对载冷剂冷却器中的载冷剂进行冷却，载冷剂冷却器中经过冷却的载冷剂通过管道分别进入用于主热沉的载冷剂加热与温度控制器以及用于辅热沉的载冷剂加热与温度控制器，达到控制温度的两路载冷剂分别进入真空热试验容器中的主热沉和辅热沉以对它们进行冷却，之后两路载冷剂通过管路流回载冷剂冷却器完成一个闭式循环，在循环管路中设置有循环泵以提供载冷剂循环动力，在循环管路中设置有载冷剂缓冲容器以减缓由于温度的变化带来的循环管路内压力的变化。

其中，制冷系统包括制冷机组以及进行冷却的冷却水。

优选地，载冷剂加热与温控系统管路上设置有流量控制阀。

优选地，用于主热沉加热和温度控制的载冷剂加热与温度控制器和用于辅热沉加热和温度控制的载冷剂加热和温度控制器上设置有温度计。

其中，载冷剂为浴油。

一种利用上述温度控制系统进行温度控制的方法，包括主热沉温度控制方法和辅热沉温度控制方法，主要包括以下步骤：

1)设定待测试件的目标温度、主热沉和辅热沉的初始目标温度；

2)调整载冷剂温度和流量使主热沉温度和辅热沉温度达到初始目标温度；

3)判断待测试件是否达到热平衡状态，如不满足热平衡条件，则进行适当时间延迟；

4)判断待测试件是否达到目标温度，如达到目标温度，则本次调温结束；

5)如果没有达到目标温度，则调整主热沉和辅热沉的目标温度值，并重复步骤2)～4)，使待测试件温度在热平衡状态下趋近并达到目标温度。

进一步地，该方法还包括通过调整载冷剂的温度和流量，以根据待测试件目标温度的变化要求，重复步骤2)～5)，完成新的调温过程。