一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法，包括红外灯阵、热流计、电加热器、挡板，根据上面级在轨组合飞行状态，与卫星和运载对接面采用电加热器模拟温度边界，包括仪器舱的规则结构区域采用电加热器模拟瞬态外热流，包括动力舱的复杂结构区域采用红外灯阵模拟瞬态外热流，仪器舱电加热器模拟外热流区域沿周向等分为若干个分区，动力舱红外灯阵模拟外热流区域分为周向和底部两个部位，其中周向等分为若干个分区，底部等分为若干个分区，每个分区采用两个热流计获取本区施加热流值，每个红外灯阵分区间采用挡板进行阻隔，防止分区间热流互相影响。本发明专利技术解决了运载火箭上面级在轨飞行过程中瞬态外热流难以模拟的难点。

An upper stage transient heat balance test device and method for launch vehicle

The present invention provides a transient heat balance test device and method for a carrier rocket, including a infrared light array, a heat flow meter, an electric heater and a baffle. The temperature boundary is simulated with an electric heater on the satellite and the carrier docking surface according to the above level in orbit, including the electric addition of the regular structure area of the instrument cabin. The heat current simulates the transient external heat flow, including the complex structure area of the power cabin, which uses the infrared light array to simulate the transient external heat flow. The simulated external heat flow area of the instrument cabin is divided into several subregions along the circumferential direction. The simulated external heat flow area of the power cabin infrared light array is divided into two parts of the circumference and the bottom, in which the circumferential direction is divided into several points. At the bottom, the bottom is divided into several subareas. Each area uses two heat flow meters to obtain the heating flow value in this area. Each infrared lamp array is separated by the baffle plate to prevent the heat flow from interregional influence to each other. The invention solves the difficulty of simulating transient external heat flow during the upper stage flight of a launch vehicle.

【技术实现步骤摘要】
一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法
本专利技术涉及一种轨道飞行器瞬态热平衡试验，具体地，涉及一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法。
技术介绍
与一般卫星长期在轨运行不同，运载火箭上面级任务时间短，在轨道部署任务期间内上面级经历多次变轨，热控系统面临比较复杂的轨道和空间环境。此外，上面级搭载不同卫星时，其轨道条件和发射窗口会有很大的不同，同时还要经历发射、上升轨道段、过渡轨道段、轨道布星等阶段，热控系统面临比较复杂的轨道和空间环境，并与动力系统存在复杂的热边界，其外热流变化迅速。上面级在进出地影区的瞬间，外热流的波动可达到1000W；外热流随空间指向的变化也非常明显，在同一轨道位置，上面级的向阳面和背阳面外热流相差同样可达到1000W，而常规卫星由于轨道变化和姿态调整引起的外热流变化只有几百瓦甚至几十瓦。可见上面级在轨运行期间经受的外热流要比普通卫星复杂得多。可见，上面级热控分系统研制的巨大挑战在于任务时间短、轨道环境复杂、自身热环境恶劣等，这与常规卫星的热控有很大的不同。上面级短时多轨道的任务特点与传统卫星热设计存在较大差异，需要进行实时瞬态热平衡试验验证，以获取上面级温度场分布，验证热分析模型，验证热控设计的合理，同时还需要验证各单机在真空热循环环境下的工作性能以及各系统之间的匹配性和协调性，暴露上面级上设备、材料、元器件在工艺、装配、制造等方面的潜在缺陷。目前卫星试验验证主要是基于热平衡和热真空状态的验证，试验规模庞大，周期长，花费昂贵，试验工况一般是基于稳态工况，尤其对于动力舱外露式结构形式的运载火箭上面级，其大范围瞬态热流变化更加难以模拟，目前的试验手段并不能满足上面级的真实飞行过程验证要求。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法。通过电加热器与红外灯阵组合，实现了在轨飞行过程中运载火箭上面级复杂结构大范围热平衡试验瞬态外热流模拟，具有设计简单、操作方便等优点，解决了运载火箭上面级在轨飞行过程中瞬态外热流难以模拟的难点。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，包括红外灯阵、热流计、电加热器、挡板，根据上面级在轨组合飞行状态，与卫星和运载对接面采用电加热器模拟温度边界，仪器舱等规则结构区域采用电加热器模拟瞬态外热流，动力舱等复杂结构区域采用红外灯阵模拟瞬态外热流。仪器舱电加热器模拟外热流区域沿周向等分为若干个分区；动力舱红外灯阵模拟外热流区域分为周向和底部两个部位，其中周向等分为若干个分区，底部等分为若干个分区，每个分区采用两个热流计获取本区施加热流值；每个红外灯阵分区间采用挡板进行阻隔，防止分区间热流互相影响。通过电加热器与红外灯阵组合，实现了运载火箭上面级热平衡试验瞬态外热流模拟，具有设计简单、操作方便等优点，解决了运载火箭上面级在轨飞行过程中瞬态外热流难以模拟的难点。优选地，所述红外灯阵由红外灯、红外灯架组件、红外灯阵框架组件、红外灯阵支撑组件、红外灯阵电缆、红外灯阵接插件组成。优选地，所述红外灯采用飞利浦石英红外灯，规格为13169×/98，功率500W，电压120V。优选地，所述外热流模拟电加热器为聚酰亚胺康铜箔电加热片。优选地，所述热流计采用F011型绝热型热流计。优选地，所述挡板由铝合金板和低温多层组成。一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验方法，电加热器模拟的仪器舱各分区外热流以△t的时间间隔进行变化施加，其△t时间内的外热流值取实际在轨统计的仪器舱表面各分区吸收外热流在△t时间内平均值。优选地，红外灯阵模拟的动力舱各分区外热流取该区域内的入射外热流，并保证所有周向和底部灯阵区域的灯阵模拟外热流总和与在轨动力舱入射外热流总和对应。优选地，由于地面试验动力舱多层外表面光学属性为红外属性，因此需要根据在轨光学属性将在轨入射热流换算为地面红外灯阵模拟的入射外热流。优选地，在试验开始前首先对红外灯阵进行标定，获取每个区域热流计测得的入射外热流与该区域灯阵的电流之间的关系式，从而根据对应施加热流制定以△t时间间隔为变化的灯阵电流施加表。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术采用电加热器和红外灯阵模拟外热流的手段分别实现仪器舱规则表面和动力舱复杂结构的瞬态外热流模拟，其中电加热器模拟仪器舱表面吸收外热流，红外灯阵实现动力舱区域入射外热流等效模拟，本专利技术的方法具有设计简单、操作方便等优点，解决了运载火箭上面级在轨飞行过程中瞬态外热流难以模拟的难点，并极大节省了运载火箭上面级热平衡试验的周期和成本。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术装置动力舱红外灯阵示意图；图2为本专利技术装置红外灯阵动力舱周向分区示意图；图3为图2的红外灯阵面图；图4为本专利技术装置红外灯阵动力舱底部分区示意图；图5为图4的舱底结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1～图5所示，本专利技术装置包括红外灯阵1、热流计、电加热器、挡板4。根据上面级在轨组合飞行状态，与卫星和运载对接面采用电加热器模拟温度边界，仪器舱等规则结构区域采用电加热器模拟瞬态外热流，动力舱等复杂结构区域采用红外灯阵模拟瞬态外热流。仪器舱电加热器模拟外热流区域沿周向等分为若干个分区；动力舱红外灯阵模拟外热流区域分为周向和底部两个部位，其中周向等分为若干个分区，底部等分为若干个分区，每个分区采用两个热流计获取本区施加热流值；每个红外灯阵分区间采用挡板4进行阻隔，防止分区间热流互相影响。通过电加热器与红外灯阵组合，实现了运载火箭上面级热平衡试验瞬态外热流模拟，具有设计简单、操作方便等优点，解决了运载火箭上面级在轨飞行过程中瞬态外热流难以模拟的难点。本专利技术采用电加热器和红外灯阵模拟外热流的手段分别实现仪器舱规则表面和动力舱复杂结构的瞬态外热流模拟，其中电加热器模拟仪器舱表面吸收外热流，红外灯阵实现动力舱区域入射外热流等效模拟。优选地，红外灯阵1由红外灯、红外灯架组件、红外灯阵框架组件、红外灯阵支撑组件、红外灯阵电缆、红外灯阵接插件组成。优选地，红外灯采用飞利浦石英红外灯，规格为13169×/98，功率500W，电压120V。优选地，外热流模拟电加热器为聚酰亚胺康铜箔电加热片。优选地，热流计采用F011型绝热型热流计。优选地，挡板由铝合金板和低温多层组成。优选地，电加热器模拟的仪器舱各分区外热流以△t的时间间隔进行变化施加，其△t时间内的外热流值取实际在轨统计的仪器舱表面各分区吸收外热流在△t时间内平均值。优选地，红外灯阵模拟的动力舱各分区外热流取该区域内的入射外热流，并保证所有周向和底部灯阵区域的灯阵模拟外热流总和与在轨动力舱入射外热流总和对应。优选地，由于地面试验动力舱多层外表面光学属性为红外属性，因此需要根据在轨光学属性将在轨入射热流换算为地面红外灯阵模拟的入射外热流。优选地，在试验开始前首先对红外灯阵进行标定，获取每个区域热流计测得的入射外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，其特征在于，包括红外灯阵、热流计、电加热器、挡板，根据上面级在轨组合飞行状态，与卫星和运载对接面采用电加热器模拟温度边界，包括仪器舱的规则结构区域采用电加热器模拟瞬态外热流，包括动力舱的复杂结构区域采用红外灯阵模拟瞬态外热流，仪器舱电加热器模拟外热流区域沿周向等分为若干个分区，动力舱红外灯阵模拟外热流区域分为周向和底部两个部位，其中周向等分为若干个分区，底部等分为若干个分区，每个分区采用两个热流计获取本区施加热流值，每个红外灯阵分区间采用挡板进行阻隔，防止分区间热流互相影响。

【技术特征摘要】
1.一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，其特征在于，包括红外灯阵、热流计、电加热器、挡板，根据上面级在轨组合飞行状态，与卫星和运载对接面采用电加热器模拟温度边界，包括仪器舱的规则结构区域采用电加热器模拟瞬态外热流，包括动力舱的复杂结构区域采用红外灯阵模拟瞬态外热流，仪器舱电加热器模拟外热流区域沿周向等分为若干个分区，动力舱红外灯阵模拟外热流区域分为周向和底部两个部位，其中周向等分为若干个分区，底部等分为若干个分区，每个分区采用两个热流计获取本区施加热流值，每个红外灯阵分区间采用挡板进行阻隔，防止分区间热流互相影响。2.根据权利要求1所述的运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，其特征在于，底部红外灯阵安装在转接工装上，灯阵与上面级安装表面的距离上下可调，底部红外灯阵各分区之间以及灯阵的外周均采用挡板。3.根据权利要求1所述的运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，其特征在于，周向红外灯阵安装在四根立柱上，上下可调，周向红外灯阵各分区之间均采用挡板，上下也采用挡板。4.根据权利要求1所述的运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，其特征在于，挡板由铝合金板和低温多层组成，低温多层部分的每单元多层由反射屏和间隔层组成，反射屏为双面镀铝聚酯薄膜，间隔层为涤纶网。5.根据权利要求1所述的运载火箭上面级瞬态热平衡试验方法，其特征在于，采用权利要求1的装置来完成，所述电加热器模拟的仪器舱各分区外热流以△t的时间间隔进行变化施加，其△t时间内的外热流值取实际在轨统计的仪器舱表面各分区吸收外热流在△t时...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钢，曹建光，郜雨琛，耿宏飞，王涛，顾燕萍，孙星，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31