一种用于卫星散热面耦合的可逆环路热管布局的制作方法

1.本发明涉及航空器热控领域，特别涉及一种用于卫星散热面耦合的可逆环路热管布局。


背景技术：

2.热控系统是卫星的重要组成部分，主要用于控制卫星的内部及外部环境热交换过程，使其提供良好的温度环境，热控系统的性能及可靠性直接影响星载设备的工作状态及卫星的工作寿命。
3.在接近真空的太空环境中，卫星内部产生的热量通过散热面向低温太空辐射放热。卫星在轨的空间热流主要包括太阳的直接辐射、太阳自地球的反照和地球的红外辐射，卫星各个面的外热流变化和大小直接影响散热面的分布。
4.目前采用的热控系统多以被动热控为主、电加热主动热控为辅的方式。传统的热控系统一般由电加热器、电敏电阻、热管及多层隔热组件等组成，具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。但由于其热量的收集、传输与排散未能形成有效的整体系统，导致热量不能得到有效地利用，散热面的位置分散且相互独立，使得热控系统对总体的布局和结构依赖性强，调节与适应能力相对较弱。
5.专利cn105659749b公开了一种航天器分隔舱热耦合方法：先将双孔ω型热管预埋在散热面上，再将周向热管在散热面与预埋热管重合的位置安装，在航天器完成舱板安装后，将周向热管冷凝段和蒸发段分别安装到航天器不同舱段散热面上，实现两个或多个分隔舱的热耦合。该方法需要在卫星的三个面布置三根周向热管，由于周向热管的传热能力与其本身的长度成反比，且跨多舱布局时比较困难，因此，对于散热面间隔距离大或分割舱较多的航天器，该布局方法的传热效率会下降。
6.专利cn106542124a公开了一种基于轴流泵驱动的航天器单相流体回路传热装置：包括流体管路、轴流式机械泵和储液器，流体回路通过机械泵的驱动，使流体工质携带热量进行热传递。该装置的管路布局较为方便，但由于单相流的换热系数小，传热性能较差，且机械泵的使用寿命较低，因此会影响航天器长期运行的可靠性。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种布局灵活性高、传热效率高、使用寿命长，且传热方向可变的用于卫星散热面耦合的可逆环路热管布局，本发明的技术方案是这样实施的：
8.一种用于卫星散热面耦合的可逆环路热管布局，包括横向热管， x向散热面和-x向散热面内平行地预埋多根所述横向热管，所述 x向散热面和所述-x向散热面的内表面分别布置多根纵向热管，所述纵向热管贯穿所述横向热管；还包括可逆环路热管，所述可逆环路热管的数量与所述纵向热管的数量相匹配，所述可逆环路热管包括蒸发器和储液器，所述蒸发器和所述储液器相连接，所述纵向热管的外表面均安装一组所述蒸发器和所述储液
器，每组中的所述蒸发器通过汽管路与另一组中的所述蒸发器相连接，所述储液器通过液管路与另一组中的所述储液器相连接。
9.优选地，所述横向热管与所述纵向热管相垂直。
10.优选地，所述 x向散热面和所述-x向散热面之间通过所述可逆环路热管耦合，所述可逆环路热管中的所述汽管路和所述液管路的管径根据传热量的不同，可选用2mm、3mm或4mm。
11.优选地，所述横向热管为“8”字双孔ω型槽道热管，所述纵向槽道热管为“工”字双孔ω型槽道热管。
12.实施本发明的技术方案可解决现有技术中的散热面的位置分散且相互独立，热控系统对总体的布局和结构依赖性强，调节能力相对较弱的问题。卫星等航天器中通过采用周向热管对分割舱进行耦合，一方面跨多舱布局需要对周向热管进行折弯整形且要求的精度高，因此加工较为困难；另一方面跨多舱布局往往周向热管距离较长，然而周向热管的传热效率随着其长度的增长而降低。实施本发明的技术方案，通过利用可逆环路热管将 x向散热面和-x向散热面进行耦合，在 x向散热面和-x向散热面内平行预埋多根横向热管， x向散热面和-x向散热面的内表面分别设置纵向热管，纵向热管贯穿所述横向热管，可逆环路热管包括储液器和蒸发器， x向散热面和-x向散热面的纵向热管上分别设置储液器和蒸发器，不同的纵向热管上的蒸发器和储液器之间分别由汽管路和液管路连接，其中纵向热管、横向热管以及可逆环路热管形成热管网络，可实现的技术效果包括：
13.1、采用两个蒸发器串联的可逆环路热管，与传统的环路热管具有的“热二极管”特性相比，传热方向可随着热源与散热位置的改变而改变，简化了环路热管的布局结构；
14.2、采用可逆环路热管进行散热面热耦合布局，两个散热面之间只需布置管径为3mm的管路,相较于用槽道热管耦合散热面，布局的灵活性高，传热效率更高，同时热控系统的重量可以大幅减少，实现卫星热控设计的轻量化；
15.3、与泵驱动单相流体回路系统相比，采用毛细芯的毛细力作为驱动环路热管动力，可靠性更高，使用寿命更长。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
18.图1为散热面耦合可逆环路热管布局安装剖视示意图；
19.图2为横向热管预埋散热面示意图；
20.图3为可逆环路热管结构示意图；
21.图4为纵向热管与蒸发器安装结构示意图；
22.图5为横向热管的截面示意图；
23.图6为纵向热管的截面示意图。
24.在上述附图中，各图号标记分别表示：
25.1 x向散热面
26.2-x向散热面
27.3横向热管
28.4纵向热管
29.5可逆环路热管
30.5-1第一蒸发器
31.5-2第一储液器
32.5-3液管路
33.5-4第二蒸发器
34.5-5第二储液器
35.5-6汽管路
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例
38.在优选的具体实施例中，如图1所示，一种用于卫星散热面耦合的可逆环路热管布局，包括横向热管3， x向散热面1和-x向散热面2内平行地预埋多根横向热管3，如图2所示。 x向散热面1和-x向散热面2为卫星两个不同的散热面，当卫星的飞行状态以及受照情况不同时， x向散热面1和-x向散热面2受到的热辐射量会交替改变。 x向散热面1和-x向散热面2的内表面均设置纵向热管4，其中纵向热管4的数量依据散热量的大小进行调整，本实施例中设置一个纵向热管4。纵向热管4贯穿横向热管3，并且纵向热管4与横向热管3相垂直，横向热管3采用“8”字双孔ω型槽道热管，横向热管3的截面如图5所示，纵向热管4采用“工”字双孔ω型槽道热管，纵向热管4的截面如图6所示。横向热管3和纵向热管4内充装有工质，横向热管3以及纵向热管4均包括蒸发段、绝热段和冷凝段，蒸发段为吸热部分，冷凝段为散热部分，液态工质在蒸发段接受外界热量后蒸发，蒸汽进入冷凝段释放热量后冷凝成液态工质，液态工质在槽道毛细力的作用下重新回到蒸发段形成气液两相流回路。
39.还包括可逆环路热管5，可逆环路热管5的数量与纵向热管4的数量相一致，当设置有多根纵向热管4时，需要设置与纵向热管4相同数量的可逆环路热管5。如图3所示，在本实施例中可逆环路热管5包括第一蒸发器5-1、第一储液器5-2、液管路5-3、第二蒸发器5-4、第二储液器5-5和汽管路5-6，第一蒸发器5-1与第一储液器5-2相连接，第二蒸发器5-4与第二储液器5-5相连接。纵向热管4的外表面安装蒸发器和储液器，如图4所示，与 x向散热面1内表面相连的纵向热管4上安装第一蒸发器5-1和第一储液器5-2，与-x向散热面2内表面相连的纵向热管4上安装第二蒸发器5-4和第二储液器5-5，第一蒸发器5-1通过汽管路5-6与第二蒸发器5-4相连接，第二储液器5-5通过液管路5-3与第一储液器5-2相连接。实现了第一
蒸发器5-1与第二蒸发器5-4串联连接。横向热管3、纵向热管4和可逆环路热管5组成热管网络，从而实现选择较低温的散热面进行散热。
40.当热辐射主要集中在 x向散热面1时， x向散热面1的温度较-x向散热面2的温度高，此时，-x向散热面2为有效的散热面。可逆环路热管5的第一蒸发器5-1接受卫星内设备发出的热量后，工质在第一蒸发器5-1的毛细芯表面蒸发，蒸汽汇集至汽管路5-6进入第二蒸发器5-4内，由于此时-x向散热面2处于低温状态，第二蒸发器5-4充当冷凝器，工质在第二蒸发器5-4内冷凝，冷凝的液态工质进入第二储液器5-5后，通过液管路5-3进入第一储液器5-2和第一蒸发器5-1形成自循环两相流回路。在第二蒸发器5-4释放的热量通过纵向热管4和-x向散热面2内预埋的多根横向热管3散向外空。
41.当卫星的飞行姿态、受照情况改变，热辐射主要集中在-x向散热面2时，-x向散热面2的温度较 x向散热面1的温度高，此时 x向散热面1为有效的散热面，可逆环路热管5的第二蒸发器5-4接受卫星内设备发出的热量后，工质在第二蒸发器5-4的毛细芯表面蒸发，汽态工质汇集至汽管路5-6进入第一蒸发器5-1内，由于此时 x向散热面1处于低温状态，第一蒸发器5-1充当冷凝器，工质在第一蒸发器5-1内冷凝，冷凝的液态工质进入第一储液器5-5，通过液管路5-3进入第二储液器5-5和第二蒸发器5-4形成自循环两相流回路。在第一蒸发器5-1释放的热量通过纵向热管4和横向热管3快速散向外空。
42.在本实施例当中采用第一蒸发器5-1与第二蒸发器5-4串联的可逆环路热管5对 x向散热面1和-x向散热面2进行耦合，实现热控系统传热方向的可变，可自由选择温度较低的散热面进行散热，同时，散热面之间的耦合通过可逆环路热管的3mm汽管路和液管路连接，实现了对卫星热控系统的轻量化设计。本实施例中通过利用第一蒸发器5-1或第二蒸发器5-4中的毛细芯的毛细力作为驱动环路热管动力，可靠性更高，使用寿命更长。
43.需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。