[发明专利]一种两相流体回路冻结失效试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器热控制技术领域，尤其涉及一种两相流体回路冻结失效试验方法。

背景技术

两相流体回路技术是近二十年来国内外重点发展的航天器热控制技术，主要包括环路热管技术、机械泵驱动两相流体回路技术、重力驱动两相流体回路技术等。重力驱动两相流体回路系统是解决嫦娥探月工程中巡视器和着陆器度过月夜的关键技术，通过两相流体回路系统，将同位素热源的热量带入到载荷舱内，保证载荷舱各设备的温度不至于过低。重力驱动两相流体回路的系统组成如图1所示，包括蒸发器1(包括丝网蒸发器7、液体分流器8和蒸气汇流器9)、蒸气管路2、冷凝管路3、储液器4、液体管路6和控制阀5，其中，冷凝管路3位于储液器4重力场上方，蒸发器1位于储液器4重力场的下方、并与同位素热源耦合安装，储液器4内液面和蒸发器1底部之间形成重力辅助高度差；储液器4通过液体管路6连接至蒸发器1入口，在液体管路6上设有控制阀5，蒸发器1出口依次通过蒸气管路2、冷凝管路3连接至储液器4，形成封闭的管路系统。为确保重力驱动两相流体回路在-50℃～70℃温度范围内具有良好的传热特性，选择氨作为工作介质。月夜期间，重力驱动两相流体回路控制阀5开启，启动重力驱动两相流体回路，将同位素核热源的热量引入探测器内部。月昼期间，重力驱动两相流体回路控制阀5关闭，关闭重力驱动两相流体回路，阻断同位素核热源向探测器内部传递热源。

两相流体回路的冻结工况为故障工况，为了防止在月球表面重力驱动两相流体回路传热能力不足或仪器发生故障，需要对两相流体回路在低温下的冻结工况进行试验，验证两相流体回路冻结失效机理与失效后果。

由于重力驱动两相流体回路技术是航天器热控制的新型热控方法，没有固定的测试方式和测试方法。同时，考虑到月球恶劣的环境，需要对重力驱动两相流体回路的冻结失效过程以及冻结后解冻的传热能力进行测试，从而指导重力驱动两相流体回路的在轨应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种两相流体回路冻结失效试验方法，能够对两相流体回路在超过工质冷凝温度环境下的失效状态进行测试，并分析冻结对两相流体回路传热性能的影响。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

步骤1，设计试验装置：

所述试验装置包括散热板、控温加热器、多层隔热组件、温度传感器、模拟热源和回路支架；其中，散热板通过隔热垫隔热安装在回路支架的上部；两相流体回路的冷凝管路埋在散热板中，两相流体回路的储液器半埋在散热板中；两相流体回路中的蒸发器隔热安装在回路支架的下部；控温加热器安装在两相流体回路的蒸汽管路、储液器、控制阀和液体管路上；温度传感器安装在两相流体回路的蒸发器、蒸汽管路、冷凝管路、储液器、控制阀和液体管路、模拟热源以及散热板边缘区域上；多层隔热组件包裹在蒸汽管路、储液器、控制阀和液体管路上；模拟热源为RHU同位素电模拟热源，固定安装在蒸发器内；安装为散热板提供工作温度的散热板加热器，所述散热板加热器为安装在散热板外侧空间的红外加热器或者粘贴在散热板上的加热片；

步骤2，将回路支架放入真空仓中，抽真空，使得真空度小于2×10^-3Pa，设置储液器、控制阀、液体管路和蒸气管路上的控温加热器为自控状态，自控门限为-70℃；设置散热板加热器的自控门限为-70℃；

步骤3，向真空仓的热沉通液氮，降低真空仓温度至-150℃；将储液器的温度降至-60℃，且达到两相流体回路工况平衡；所述工况平衡为储液器温度在半小时维持不变或单调变化小于1℃/h；储液器的温度即为两相流体回路的工作温度；

步骤4，极限传热能力测试：

开启模拟热源，按照一定的步长增加模拟热源的加热功率，在每次增加模拟热源的加热功率的同时减小散热板加热器的加热功率，使储液器的温度维持在T₁，-60℃≤T₁≤-70℃，且达到两相流体回路工况平衡，直至散热板加热器的加热功率为零或者因蒸发器的温度突升导致无法维持工况平衡，散热板加热器的加热功率为零时或者蒸发器的温度突升前一平衡时刻的模拟热源的加热功率即为T₁工作温度下两相流体回路的极限传热能力；

步骤5，冻结：

关闭散热板加热器和模拟热源加热器，等待各测点的温度降到-90℃以下，并维持一段时间，使两相流体回路充分冻结；

步骤6，解冻：