适应高功率组件的航天器一体化控温板及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种适应高功率组件的航天器一体化控温板及其制造方法，包括沿上下分布的第一薄壁腔体和第二薄壁腔体，第一薄壁腔体为气液相变腔室，第二薄壁腔体为固液相变腔室；气液相变腔室的内壁上设置有高度呈梯度分布的毛细抽吸结构阵列，气液相变腔室的上下壁间设置有高渗流微槽承力柱阵列；固液相变腔室的上下壁间相贯穿设有导热增强骨架阵列，导热增强骨架阵列单元为变厚度Scherk

【技术实现步骤摘要】
适应高功率组件的航天器一体化控温板及其制造方法


[0001]本专利技术涉及航天设备
，具体地，涉及一种适应高功率组件的航天器一体化控温板及其制造方法。

技术介绍

[0002]航天器SAR天线有源安装板等典型高功率器件安装板采用传统的“铝蒙皮+铝蜂窝芯”胶接结构板,相变热管通过胶接的方式内埋在夹心板内，如图9～图10所示，但这种传统的设计制造模式只适用于线阵列分布式器件的均温控温。
[0003]新一代航天器SAR天线由单向扫描向双向扫描模式提升，高功率器件也因此由线阵列分布向面阵列分布发展，因此传统的胶接式高功率器件安装板已无法满足新一代航天器SAR天线面阵列分布器件高效扩热、均热、控温需求，主要弊端体现在三个方面。一方面，从高热流组件到相变热管之间的传热链路中存在高热阻结构胶和多个热界面，影响了系统的传热效率。另一方面，扩热块与热管组成的热控系统重量大，且效能不高；同时，受限于传统挤压制造工艺,槽道热管构型优化不够，且仅能够沿着轴向一维传热，极大的限制了气液相变传热能力的拓展，无法满足面阵列分布式高热流器件快速扩热
‑
均热需求。此外，相变热管利用固液相变腔室内的相变材料在熔化
‑
凝固过程中近似等温、吸收/释放大量潜热的特点，配以槽道热管的气液相变传热来实现间歇性工作的大热耗单机和分布式器件的相对恒温控制。但同时，相变材料又存在固有导热系统低、大面积使用时温度一致性差的缺点，需要导热骨架结构强化传热。然而受限于传统制造工艺，传统相变热管的固液相变腔室内传热肋片结构形式单一、传热强化效能不足，导致相变材料熔化速率慢、储热不均，在相变过程中形成较大的温度梯度，诱发单机或器件热控面超温等问题。
[0004]可见，传统设计制造方式已经无法满足新一代航天器周期性工作的高热流密度星载设备或器件的高效储热、高精度控温需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适应高功率组件的航天器一体化控温板及其制造方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种适应高功率组件的航天器一体化控温板，包括：沿上下分布的第一薄壁腔体和第二薄壁腔体，所述第一薄壁腔体为气液相变腔室，所述第二薄壁腔体为固液相变腔室；
[0007]所述气液相变腔室的内壁上设置有高度呈梯度分布且为圆锥台构型的毛细抽吸结构阵列，所述气液相变腔室的上下壁间设置有单叶双曲面构型的高渗流微槽承力柱阵列；
[0008]所述固液相变腔室的上下壁间相贯穿设有空间三维晶格网络构型的导热增强骨架阵列，所述导热增强骨架阵列单元为变厚度Scherk
’
s曲面胞元构型；
[0009]所述气液相变腔室和固液相变腔室的侧壁上均设置有工质充装管。
[0010]优选地，所述气液相变腔室和固液相变腔室的壁厚范围为0.6mm～0.8mm。
[0011]优选地，所述气液相变腔室内部高度范围为2mm～3mm，所述固液相变腔室内部高度范围为6mm～12mm。
[0012]优选地，所述毛细抽吸结构阵列排布于所述气液相变腔室的上、下壁内表面，所述气液相变腔室的上壁外表面用于安装面阵列分布式高热热流器件，所述气液相变腔室的上壁内表面设置的毛细抽吸结构阵列的高度采用梯度布局，非高热流热源区域的毛细抽吸结构阵列的高度范围为0.7mm～0.8mm，阵列间距为0.2mm；点状高热流热源区域的毛细抽吸结构阵列的高度范围为0.5mm～0.6mm，阵列间距为0.1mm；上壁的圆锥台母线与腔体薄壁内表面的夹角范围为60
°
～65
°
；
[0013]所述气液相变腔室的下壁内表面的毛细抽吸结构阵列的高度范围为1mm～1.2mm，阵列间距为0.5mm，下壁的圆锥台母线与腔体薄壁内表面的夹角范围为40
°
～45
°
。
[0014]优选地，所述高渗流微槽承力柱采用单叶双曲面构型，曲面方程满足：
[0015][0016]所述高渗流微槽承力柱沿高度方向二等分截面的直径的范围为4mm～6mm，所述高渗流微槽承力柱单叶双曲面渐近线夹角β的范围为25
°
～35
°
；
[0017]所述高渗流微槽承力柱阵列的数量和间距按照气液相变腔室上壁外表面负载以及气液相变腔室内最大蒸汽压力进行设置，使所述一体化控温板最大应变不大于100Mpa，最大变形不超过0.01mm。
[0018]优选地，所述高渗流微槽承力柱上设置有微槽，所述微槽与气液相变腔室上下壁相贯，所述微槽沿所述高渗流微槽承力柱圆周方向阵列，阵列角度为60
°
，所述微槽深度为0.5mm～0.7mm，深宽比为0.8。
[0019]优选地，所述曲面胞元的曲面方程为：exp(2πz/L2)*cos(2πx/L2)
‑
cos(2πy/L2)＝0；所述胞元的厚度变化的函数关系为：d＝(0.2*L2)z+0.2(0≤z≤L2)；
[0020]式中，L2为固液相变腔室的腔体高度，x、y、z坐标系符合笛卡尔直角坐标系定义。
[0021]优选地，所述工质充装管分别位于气液相变腔室和固液相变腔室的侧壁上，所述工质充装管外径5mm，内径3mm。
[0022]本专利技术提供了一种适应高功率组件的航天器一体化控温板的制造方法，包括：
[0023]步骤S1：采用选区激光熔化成形增材制造工艺一体化制造一体化控温板，所述选区激光熔化成形增材制造工艺的激光选区熔化成形基板与一体化控温板的长度方向垂直，以工质充装管所在平面为顶面确立成形方向；
[0024]步骤S2：采用选区激光熔化成形增材制造工艺同步制造两块或两块以上一体化控温板，所述一体化控温板采用前后平行排布的方式布置于激光选区熔化成形基板上，相邻两块一体化控温板之间设置有辅助支承结构；所述辅助支撑结构设计为体心立方构型的晶格阵列，阵列胞元包络尺寸不小于7mm*7mm*10mm；
[0025]步骤S3：采用选区激光熔化成形增材制造工艺按照一体化控温板设计参数进行制造，所述选区激光熔化成形增材制造工艺的融化成形参数采用分区设置，所述毛细抽吸结构阵列区域的激光功率为120～140W，所述非毛细抽吸结构阵列区域的激光功率为150～
180W；扫描速度1050～1450mm/s；熔道间距0.08mm；铺粉层厚0.03mm；扫描策略为“Z”型扫描。
[0026]优选地，所述制造方法还包括：
[0027]步骤S4：向气液相变腔室和固液相变腔室中充装工质，所述气液相变腔室内充装液氨工质，液氨工质充装量为热管毛细腔体容积的10％～12％；所述固液相变腔室内充装石蜡工质，石蜡工质充装量为腔体容积的85％；工质充装后采用冷焊钳剪断并封死工质充装管。
[0028]本专利技术提出的一种适应高功率组件的航天器一体化控温板，相较于现有的的高功率器件安装板“挤压制造的相变热管+蜂窝结构板”胶接复合的设计制造技术，本专利技术具有如下的有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应高功率组件的航天器一体化控温板，其特征在于，包括：沿上下分布的第一薄壁腔体和第二薄壁腔体，所述第一薄壁腔体为气液相变腔室(4)，所述第二薄壁腔体为固液相变腔室(5)；所述气液相变腔室(4)的内壁上设置有高度呈梯度分布且为圆锥台构型的毛细抽吸结构阵列(6)，所述气液相变腔室(4)的上下壁间设置有单叶双曲面构型的高渗流微槽承力柱阵列(7)；所述固液相变腔室(5)的上下壁间相贯穿设有空间三维晶格网络构型的导热增强骨架阵列(8)，所述导热增强骨架阵列(8)单元为变厚度Scherk
’
s曲面胞元构型；所述气液相变腔室(4)和固液相变腔室(5)的侧壁上均设置有工质充装管(2)。2.根据权利要求1所述的适应高功率组件的航天器一体化控温板，其特征在于：所述气液相变腔室(4)和固液相变腔室(5)的壁厚范围为0.6mm～0.8mm。3.根据权利要求1所述的适应高功率组件的航天器一体化控温板，其特征在于：所述气液相变腔室(4)内部高度范围为2mm～3mm，所述固液相变腔室(5)内部高度范围为6mm～12mm。4.根据权利要求1所述的适应高功率组件的航天器一体化控温板，其特征在于：所述毛细抽吸结构阵列(6)排布于所述气液相变腔室(4)的上、下壁内表面，所述气液相变腔室(4)的上壁外表面用于安装面阵列分布式高热热流器件(1)，所述气液相变腔室(4)的上壁内表面设置的毛细抽吸结构阵列(6)的高度采用梯度布局，非高热流热源区域的毛细抽吸结构阵列(6)的高度范围为0.7mm～0.8mm，阵列间距为0.2mm；点状高热流热源区域的毛细抽吸结构阵列(6)的高度范围为0.5mm～0.6mm，阵列间距为0.1mm；上壁的圆锥台母线与腔体薄壁内表面的夹角范围为60
°
～65
°
；所述气液相变腔室(4)的下壁内表面的毛细抽吸结构阵列(6)的高度范围为1mm～1.2mm，阵列间距为0.5mm，下壁的圆锥台母线与腔体薄壁内表面的夹角范围为40
°
～45
°
。5.根据权利要求1所述的适应高功率组件的航天器一体化控温板，其特征在于：所述高渗流微槽承力柱采用单叶双曲面构型，曲面方程满足：所述高渗流微槽承力柱沿高度方向二等分截面的直径的范围为4mm～6mm，所述高渗流微槽承力柱单叶双曲面渐近线夹角β的范围为25
°
～35
°
；所述高渗流微槽承力柱阵列(7)的数量和间距按照气液相变腔室(4)上壁外表面负载以及气液相变腔室(4)内最大蒸汽压力进行设置，使所述一体化控...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨碧琦，路同山，张丽新，刘刚，陈浩然，李辉，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：