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35 K空间深低温热传输系统性能天地差异

郭元东 刘思学 张红星 苗建印 赵建福 林贵平

郭元东, 刘思学, 张红星, 苗建印, 赵建福, 林贵平. 35 K空间深低温热传输系统性能天地差异[J]. 空间科学学报, 2024, 44(1): 114-121. doi: 10.11728/cjss2024.01.2023-yg13
引用本文: 郭元东, 刘思学, 张红星, 苗建印, 赵建福, 林贵平. 35 K空间深低温热传输系统性能天地差异[J]. 空间科学学报, 2024, 44(1): 114-121. doi: 10.11728/cjss2024.01.2023-yg13
GUO Yuandong, LIU Sixue, ZHANG Hongxing, MIAO Jianyin, ZHAO Jianfu, LIN Guiping. Investigation on Performance Difference of 35 K Cryogenic Heat Transfer System in Ground and Space Environment (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(1): 114-121 doi: 10.11728/cjss2024.01.2023-yg13
Citation: GUO Yuandong, LIU Sixue, ZHANG Hongxing, MIAO Jianyin, ZHAO Jianfu, LIN Guiping. Investigation on Performance Difference of 35 K Cryogenic Heat Transfer System in Ground and Space Environment (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(1): 114-121 doi: 10.11728/cjss2024.01.2023-yg13

35 K空间深低温热传输系统性能天地差异

doi: 10.11728/cjss2024.01.2023-yg13 cstr: 32142.14.cjss2024.01.2023-yg13
基金项目: 国家自然科学基金项目(52106067, 11972040), 中国科协青年人才托举工程项目(2023 QNRC001), 卓越青年科学基金项目(2020-JCJQ-ZQ-042)共同资助
详细信息
    作者简介:
    • 郭元东:男, 1992年6月出生于河北省邢台市. 现为北京航空航天大学航空科学与工程学院副教授, 硕士生导师, 主要研究方向为航天器热控、热管、流动沸腾传热、微通道换热技术理论与实验研究. E-mail: guoyd@buaa.edu.cn
    通讯作者:
    • 男, 1980年5月出生于湖北省荆州市. 现为北京空间飞行器总体设计部研究员, 博士生导师, 主要研究方向为空间两相传热、深低温热传输、极高热流散热及智能仿生热控技术等. E-mail: redstarbenben@163.com
  • 中图分类号: V524

Investigation on Performance Difference of 35 K Cryogenic Heat Transfer System in Ground and Space Environment

  • 摘要: 为了解决空间红外探测系统的深低温散热问题, 保证红外探测器的低温工作环境, 基于脉冲管制冷机和深冷环路热管, 设计研制了一套35 K温区的深低温获取与热传输集成系统. 该系统由一套35 K温区氖工质深冷环路热管、两台35 K温区脉冲管制冷机、一台150 K温区脉冲管制冷机、隔热冷屏、测温/加热组件、控制系统等组成. 完成了地面单机级、整星级热真空测试, 并于2020年完成空间飞行测试. 在地面单机试验中开展了水平姿态和逆重力恶劣姿态下的传热测试, 保证了空间微重力下必定能稳定工作; 整星级测试验证了系统在卫星平台散热工况下的工作特性, 空间飞行测试获得了系统的空间微重力下的工作性能. 本文分析了系统在上述不同阶段的热性能, 包括超临界启动特性, 稳态运行性能等, 验证了相关设计的正确性, 重点对比了不同阶段的性能差异, 分析其可能的原因.

     

  • 图  1  深低温热传输集成系统组成与散热方式

    Figure  1.  Composition and heat dissipation of the cryogenic heat transfer integrated system

    图  2  深冷环路热管结构及实验测点分布

    Figure  2.  Structure of CLHP prototype and distribution of experimental measuring points

    图  3  逆重力姿态工况

    Figure  3.  Anti-gravity attitude condition

    图  4  7°逆重力姿态下的CLHP传热性能

    Figure  4.  CLHP thermal performance under anti-gravity of 7°

    图  5  水平姿态下的CLHP传热性能

    Figure  5.  CLHP thermal performance under horizon attitude

    图  6  集成系统整星级性能测试曲线

    Figure  6.  Thermal performance of integrated system under satellite condition

    图  7  集成系统空间飞行性能测试曲线

    Figure  7.  Space flight performance test curve of integrated system

    表  1  深冷环路热管结构参数

    Table  1.   Structure parameters of the cryogenic loop heat pipe

    部件名称 结构参数 参数值
    主蒸发器 壳体外径/内径 ×长度 /mm 13/11×50
    毛细芯外径/内径 ×长度/mm 11/4×40
    次蒸发器 壳体外径/内径 ×长度/mm 13/11×35
    毛细芯外径/内径 ×长度/mm 11/4×37
    主传输管线 液体管线外径/内径 ×长度/mm 3/2×600
    冷凝器管线外径/内径 ×长度/mm 2/1×700
    蒸气管线外径/内径 ×长度/mm 3/2×700
    次传输管线 液体管线外径/内径 ×长度/mm 3/2×700
    冷凝器管线外径/内径 ×长度/mm 2/1×260
    蒸气管线外径/内径 ×长度/mm 3/2×30
    毛细芯 孔隙度/ (%) 55
    最大孔径/ μm 0.5
    储气室 体积/ mL 400
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    表  2  不同姿态下的稳态运行温度对比

    Table  2.   Comparison of steady-state operating temperature under different conditions

    主载荷/次载荷逆重力工作温度T6/K水平工作温度T6/K
    0.5 W/0.4 W35.033.3
    0.8 W/0.4 W35.133.9
    1.0 W/0 W36.135.5
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-15
  • 修回日期:  2024-02-01
  • 网络出版日期:  2024-02-26

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