一种应对过载及背压的水升华器供水控制方法技术

本发明专利技术公开了一种应对过载及背压的水升华器供水控制方法，使用本发明专利技术能够实现水升华器在空间复杂的热、过载、背压因素下，避免“击穿”现象，同时完成较高散热量的目的。首先，根据第一约束条件确定所述水升华器的开启供水时间t1；根据任务需求和第二约束条件确定供水间隔t2；根据第三约束条件确定升华器的工作供水时间t3。然后，确定具体供水方案，开启水升华器，打开控制阀开始向其供水，时长为开启供水时间t1；关闭控制阀，停止供水，时长为停水间隔t2；再次打开控制阀，时长为工作供水时间t3；重复计算t2和t3，并按照其结果按时关断、打开控制阀，直到任务结束。直到任务结束。直到任务结束。

【技术实现步骤摘要】
一种应对过载及背压的水升华器供水控制方法


[0001]本专利技术涉及航空航天和传热
，具体涉及一种应对过载及背压的水升华器供水控制方法。

技术介绍

[0002]水升华器是一种利用水工质的升华原理进行工作的热控装置，它通过使一种消耗性介质发生相变并最终将其排放至外太空的过程将航天器废热带走，从而实现航天器热控系统的热排散。水升华器结构简单、体积小、重量轻，是航天器不足以提供足够的散热面、或其它热控措施不能发挥作用时必不可少的热控措施。在国外的航天器热控系统，尤其是航天员出舱活动单元生保系统的热控中发挥了重大作用，是目前的宇航服必不可少的组成部分之一。
[0003]随着我国航天技术的不断开展，水升华器技术已成为我国未来航天器热控系统中必不可少和必须突破的热控手段之一。然而针对一些特定的航天任务，例如飞行器再入返回过程，在无辐射散热条件下，需要水升华器等消耗型散热装置进行热量排散，但是又必须应对加速度和背压所引发的问题。在现有技术条件下，为实现升华器供水压力平稳、控制策略简单，一般采用持续供水的控制策略，即，升华器工作期间，供水控制阀始终处于打开状态，向升华器持续供水，直至升华器单次工作任务结束或水工质消耗完毕。但这种策略无法应对严苛的过载及背压环境,在加速度和背压条件下，持续的“击穿”几乎是不可避免的。因此，目前亟需一种在空间复杂的热、过载、背压等工作环境下水升华器的工作方法，在避免发生“击穿”的前提下，实现较高的散热量。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种应对过载及背压的水升华器供水控制方法，使水升华器可以克服复杂空间带来的热、过载、背压因素，避免“击穿”现象，同时实现较高的散热量。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]S1、当水升华器第一次供水时，根据第一约束条件确定水升华器的开启供水时间t1，第一约束条件为：
[0007]t1≤t
tol
[0008][0009]其中，t
tol
为高压耐受时间，P'
w.in
为实际供水压力，DIM
fw
为供水流道结构参数，T
pc
为相变界面温度，P
pc,0
为相变界面背压，DIM
plate
为多孔板结构尺寸，m
’
fw
(P'
w.in
，DIM
fw
)为供水质量流量，m
’
pc
(T
pc
，P
pc，0
，DIM
plate
)为工质消耗的质量流量，m0为水升华器内液态水工质的最大填充量，为供水安全系数。
[0010]进一步的，供水质量流量m
’
fw
(P'
w.in
，DIM
fw
)由实际供水压力P'
w.in
，供水流道结构
参数DIM
fw
共同决定。工质消耗的质量流量m
’
pc
(T
pc
，P
pc，0
，DIM
plate
)由相变界面温度T
pc
、相变界面背压P
pc,0
和多孔板结构尺寸DIM
plate
共同决定。
[0011]进一步的，供水安全系数的取值范围为
[0012]S2、当水升华器供水t1时间后，根据任务需求和第二约束条件确定供水间隔t2，第二约束条件为：
[0013][0014]其中，m'0为前一次供水结束后升华器内部液态工质总重量，h
f
为水工质的相变潜热，T
pc
为相变界面温度，P
pc,0
为相变界面背压，DIM
plate
为多孔板结构尺寸，Q(T
pc
,P
pc,0
,DIM
plate
)为散热功率，由相变界面温度T
pc
、相变界面背压P
pc,0
和多孔板结构尺寸DIM
plate
共同确定。
[0015]进一步的，任务需求具体为：提供水升华器需要完成的任务提供的参数：热负荷温度、散热量需求、所处背压环境压力；热负荷温度、散热量需求和背压环境压力影响相变界面温度T
pc
和相变界面背压P
pc,0
的取值，改变工质消耗的质量流量m
’
pc
(T
pc
，P
pc，0
，DIM
plate
)的取值，从而改变t1的取值范围。
[0016]S3、当水升华器停止供水t2时间，根据第三约束条件确定水升华器的工作供水时间t3，第三约束条件为：
[0017][0018][0019]m1为工作过程的上一次供水之前升华器内部留存的液态工质。
[0020]S4、确定具体供水方案，开启水升华器，打开控制阀开始向其供水，时长为开启供水时间t1；关闭控制阀，停止供水，时长为停水间隔t2；再次打开控制阀，时长为工作供水时间t3；重复步骤S2和S3，按照t2和t3的值关断、打开控制阀，直到任务结束。
[0021]进一步的，确定具体供水方案的方法为：对t1、t2和t3的值在取值范围内取整，同时考虑控制计算机及控制阀的工程约束：计算机处理速度、阀门动作时间等。
[0022]有益效果：本专利技术提供了一种应对空间复杂环境的水升华器供水控制方法，提升了水升华器对加速度、热负荷、环境压力的适应能力，避免发生“击穿”现象，实现稳定散热，扩展了水升华器的应用范围，为航天器热控系统用水升华热控技术的发展提供必须的技术保障。本方法利用控制阀的通断即可实现，除少量电能外，无需消耗其他资源。同时，该方法提升了水升华器对背压的适应能力，从而有效提升了水升华器布局的灵活性，例如可以将水升华器安装在飞行器内部，通过排放管路进行水蒸汽排散。采用本方法进行供水，系统对供水压力不敏感，可以进行水升华器系统设计优化，不采用减压阀，直接采用毛细节流孔进行减压，减小系统重量，结构简单，提高可靠性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提供的一种应对过载及背压的水升华器供水控制方法的具体流程
图。
[0024]图2为航天器散热用水升华器系统与水升华器结构图，图2中的(a)为航天器散热用水升华器系统图，图2中的(b)为水升华器结构图。
[0025]图3为单台水升华器大供水压力下启动与运行性能测试结果图。
[0026]图4为水升华器联合运行情况图，图4中的(a)为水升华器启动过程温度及功率随时间变化曲线图，图4中的(b)为入口温度30℃左右水升华器运行情况图。
[0027]图5为不同排放管状态(背压)对水升华器性能影响试验结果图。
[0028]图6为流体回路进口温度Tf本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应对过载及背压的水升华器供水控制方法，其特征在于，步骤包括：S1、当水升华器第一次供水时，根据第一约束条件确定所述水升华器的开启供水时间t1；所述第一约束条件为：t1≤t
tol
其中，t
tol
为高压耐受时间，P'
w.in
为实际供水压力，DIM
fw
为供水流道结构参数，T
pc
为相变界面温度，P
pc,0
为相变界面背压，DIM
plate
为多孔板结构尺寸，m
′
fw
(P'
w.in
，DIM
fw
)为供水质量流量，m
′
pc
(T
pc
，P
pc，0
，DIM
plate
)为工质消耗的质量流量，m0为所述水升华器内液态水工质的最大填充量，为供水安全系数；S2、当所述水升华器供水t1时间后，根据任务需求和第二约束条件确定供水间隔t2；第二约束条件为：其中，m'0为前一次供水结束后升华器内部液态工质总重量，h
f
为水工质的相变潜热，T
pc
为相变界面温度，P
pc,0
为相变界面背压，DIM
plate
为多孔板结构尺寸，Q(T
pc
,P
pc,0
,DIM
plate
)为散热功率，由所述相变界面温度T
pc
、所述相变界面背压P
pc,0
和所述多孔板结构尺寸DIM
plate
共同确定；S3、当所述水升华器停止供水t2时间，根据第三约束条件确定所述升华器的工作供水时间t3；所述第三约束条件为：所述第三约束条件为：m1为工作过程的上一次供水之前升华器内部留存的液态工质；S4、确定具体供水方案，开启所述水升华器，打开控制阀开始向其供水，时长为所述开启供水...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗建印，钟奇，何江，刘畅，王录，吕巍，潘维，斯东波，宁献文，戴承浩，王玉莹，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：