[发明专利]航天器真空热试验高热流模拟器

说明书

技术领域

本发明属于航天器地面真空热试验领域，具体来说，本发明涉及一种用于航天器及其部组件在地面进行的高温、高热流真空热试验用热模拟系统，考核热载荷对航天器结构的热匹配、耐热等性能。

背景技术

航天器热真空试验是在规定的真空与热循环条件下验证航天器各种性能与功能的试验。它是航天器正样研制阶段多项环境模拟试验中的重要试验之一。试验的主要目的是使航天器在真空与热循环条件下暴露航天器的材料和制造工艺缺陷、排除早期失效，从而大大提高了航天器在轨运行的可靠性。

在航天器热真空试验中，除了要模拟真空条件外，还要对航天器上组件的温度进行控制，能否按规定的温度要求进行热循环，将引起航天器过试验和欠试验。过试验可能使航天器上某些仪器设备损坏或缩短工作寿命，欠试验则可导致航天器上某些仪器设备得不到应有的考验。

天地往返飞行器再入时由于气动加热，表面温度极高。高温风洞试验只能考核表面热防护材料的性能，不能模拟再入期间舱内载荷所处的热环境。必须利用红外加热方法模拟舱体表面高温边界的方法，实现在真空或低气压环境下能够将防热瓦表面加热到规定的温度。为了保证天地往返飞行器防热结构设计的完整性和可靠性，需要大量开展部件级、系统级的结构热试验项目。

深空探测系列卫星着陆器的发动机大部分位于探测器内部，点火工作时发动机燃烧室和喷管的温度很高，需要利用高温隔热屏进行隔热，减小发动机高温对着陆器本体的加热影响。着陆器发动机和推力器工作时，附近多层隔热组件的外热流增加，温度升高。为验证这些发动机工作时多层隔热组件的性能，需要进行真空条件下的隔热性能试验，持续改进高温隔热屏的隔热性能，为此，提供一种用于航天器及其部组件在地面进行的高温、高热流真空热试验用的模拟器和模拟方法非常必要。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种用于航天器及其部组件的在地面进行高温、高热流真空热试验用的模拟器。在真空、低温环境下能够将试件的温度控制在-100℃-1400℃范围内的任意温度值上并维持，在达到规定的维持时间后，关闭程控电源的输出功率，将红外灯阵及其高温隔热组件单元移离试件，让试件通过空间环境模拟器的冷背景快速降温以防止过试验。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

用于空间环境模拟室内的航天器真空热试验的高温度高热流模拟器，主要包括设置在试件被照面下方的红外灯阵、高温隔热组件单元、移动单元、温度测量单元和温度控制单元，其中，红外灯阵中的红外灯管带有反射屏，红外灯采用程控电源供电，多支红外灯按热流密度和均匀性要求排列组合成红外灯阵，红外灯固定在红外灯阵的安装底板上，红外灯阵四周围绕有档板，安装底板和挡板的材料为导热差的不锈钢且为高反射率状态，红外灯的接线端子设置在挡板外，在红外灯与安装底板、挡板之间加装高温多层隔热组件，将高温区域限制在试件被照面和红外灯阵高温隔热组件围成的区域内，安装底板通过支撑架设置在下方的移动单元上，温度测量单元对真空容器内的试件各测量点以及温度控制点进行温度测量并将测量结果反馈给温度控制单元，温度控制单元根据测量结果控制红外灯阵中各红外灯管的供电，来模拟需要的真空热试验高温环境，其中，高温隔热组件单元包括若干个高温多层，每个高温多层由覆盖层、反射屏和间隔层组成，覆盖层为一层不锈钢箔，反射屏为两层不锈钢箔叠加四层镍箔，间隔层为六层硅酸铝布。

其中，红外灯阵的供电电缆穿过真空容器壁上的法兰引出到程控电源的输出端，每支红外灯由一台程控电源供电。

其中，温度测量单元包括数据采集仪器、热电偶测温用的参考点装置和测量电缆，试验时，在试件上安装多支热电偶，热电偶测温用的温度参考点装置放置在真空容器内，热电偶丝在真空容器内经过热电偶参考点装置后将转换为铜导线，用铜导线将热电偶测量信号通过真空容器壁上的法兰引出到数据采集仪器的输入端。

其中，试件的被照面与红外灯阵辐照面平行且紧贴红外灯阵四周挡板，热电偶测温采用内置温度参考点。

其中，用于移动红外灯阵和高温隔热组件的移动单元，包括运动控制器，驱动电机，导轨、运动平台和位置传感器。

本发明通过红外灯阵和高温隔热组件单元的独特设计，解决了航天器进行真空热试验时高温、高热流模拟的技术难点，在深空探测和天地往返等系列航天器进行真空热试验时，能够模拟高温、高热流空间环境，使航天器得到考核。

附图说明

图1为航天器真空热试验的高温度高热流模拟器工作流程示意图；

图2未航天器真空热试验的高温度高热流模拟器结构示意图。