一种热管点阵卫星均温板结构及其设计方法、制造方法技术

本发明专利技术公开了一种热管点阵卫星均温板结构及其设计方法、制造方法，通过将立方体点阵结构桁架做成中空管状结构，内部抽负压并填充相变介质，从而形成具备超强换热能力的热管点阵结构。再将热管点阵夹芯板做成卫星舱板，利用液态相变介质在向阳面蒸发吸热，气态相变介质在背阴面冷凝放热，可使整星各部位温度保持恒定。同时点阵夹心板内部的空白区域可填充防火棉等质量轻、热导率大的物质用于减少卫星内/外热量交换，起到保温的作用。从而避免了舱板外贴热管或者蜂窝板预埋热管等方式带来的系列问题，实现了卫星均温板的承载

【技术实现步骤摘要】
一种热管点阵卫星均温板结构及其设计方法、制造方法


[0001]本专利技术属于卫星热控制
，涉及一种均温板，尤其涉及一种热管点阵卫星均温板的结构、设计及制造方法。

技术介绍

[0002]人造地球卫星在太空环境中工作，被太阳直接照射的一面因吸收大量的太阳辐射能量其温度可达100℃以上,而背向太阳的一面则会因为缺乏太阳热能而变得非常寒冷，其温度有可能低于
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100℃，导致卫星各部位温差较大。卫星内的各种传感器及太阳能电池等各种电子元器件和设备无法长期在如此恶劣的环境中工作，例如，高温容易导致各类电子元器件老化甚至损坏，而低温则会降低卫星机械性能和电气性能，因此为了确保卫星正常工作，保证其性能、可靠性和寿命，需要对卫星进行温度控制，使整星各部位温度尽量保持恒定，从而满足卫星上各种仪器、设备和部件长寿命运行的温度要求。
[0003]目前卫星普遍采用在舱板外贴热管或在蜂窝夹层板中预埋热管的方式对卫星进行温控，在舱板外贴热管的温控技术采用将热管直接贴合于卫星表面的方式进行热传导和热控制，以中国专利技术专利申请CN201811279420.2所公开的一种适用于微纳卫星的等温一体化散热装置以及另一项中国专利技术专利申请CN202111395119.X所公开的一种相控阵天线的散热结构、相控阵天线及卫星平台等为例，热管能够直接将卫星内部产生的热量传送到卫星表面，从而实现快速散热，提高了系统的温度控制能力；在蜂窝夹层板中预埋热管是将热管直接嵌入到蜂窝夹层板内的一种方式，以中国专利技术专利申请CN201310345339.0所公开的一种卫星用低热阻蜂窝夹层板及其制作方法以及另一项中国专利技术专利申请CN201110331915.7所公开的一种大型预埋复杂小变形框架蜂窝板等为例，这种技术不需要对卫星表面进行物理粘贴或悬挂，不会破坏卫星表面的完整性，可以在较好保护卫星外壳的同时进行温度控制。然而上述两种方式也有其自身的缺点和不足之处，例如对于外贴热管的安装方式，由于其需要在卫星表面安装大量的热管和散热器，存在零件多、重量大、工艺周期长等问题，且热管与安装板接触面存在热阻、散热不理想；而预埋热管的方式需要将热管直接嵌入到蜂窝夹层板内，这样的结构设置方式会破坏蜂窝夹芯结构的完整性，削弱蜂窝夹芯结构的力学强度，同时连接蜂窝与热管的粘结剂也会增加热阻导致散热能力不佳，且存在加工工艺复杂、成本高等问题。

技术实现思路

[0004](一)专利技术目的
[0005]针对现有技术的上述缺陷和不足，为解决现有外贴热管式卫星温控技术中所存在的零件多、重量大、工艺周期长、热管与安装板接触面热阻大、散热不理想等技术问题，以及为解决现有在蜂窝夹层板中预埋热管式卫星温控技术中所存在的破坏蜂窝夹芯结构的完整性、削弱蜂窝夹芯结构的力学强度、粘结剂增加热阻导致散热能力不佳、加工工艺复杂、成本高等技术问题，本专利技术提出了一种热管点阵卫星均温板结构及其设计及制造方法，通
过将立方体点阵夹芯板内桁架做成中空管状结构，内部抽负压并填充相变介质(水或氨等介质)，从而形成具备超强换热能力的热管点阵结构。再将热管点阵夹芯板做成卫星舱板，利用液态相变介质在向阳面蒸发吸热，气态相变介质在背阴面冷凝放热，可使整星各部位温度保持恒定。从而避免了舱板外贴热管或者蜂窝板预埋热管等方式带来的系列问题，实现了承载
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热控的结构功能一体化设计。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述技术问题，实现专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种热管点阵卫星均温板结构，所述卫星均温板至少包括相对布置并在空间上具有相隔距离的一前蒙皮和一后蒙皮，其特征在于，
[0009]所述前蒙皮与后蒙皮之间相对的空间中设有一整体呈立方体状并采用增材制造方式一体形成的热管三维点阵拓扑结构，所述三维热管点阵拓扑结构之外的区域为空白区域，
[0010]所述三维热管点阵拓扑结构由在三个相互垂直的方向上规则阵列排布的管状结构件组成，其中，所述三个相互垂直的方向在空间上分别对应所述卫星均温板的厚度、长度和宽度方向，其第一方向对应所述卫星均温板的厚度方向，第二方向对应所述卫星均温板的长度方向，第三方向对应所述卫星均温板的宽度方向，
[0011]所述三维热管点阵拓扑结构在第一方向上的两个表面区域分别形成其上表面区域和下表面区域，位于所述上表面区域的各管状结构件的管壁均与所述前蒙皮固定连接，位于所述下表面区域的各管状结构件的管壁均与所述后蒙皮固定连接，使得所述卫星均温板整体形成为一由所述三维热管点阵拓扑结构支撑的点阵夹芯板状结构；
[0012]所述三维热管点阵拓扑结构中，沿所述第二方向或第三方向延伸的各管状结构件均为连续的长管件，其余各管状结构件均为非连续的短管件，其中，
[0013]各所述长管件在空间上呈相互平行的方式进行布置，且每一所述长管件均至少沿其长度方向由所述三维热管点阵拓扑结构的一个表面延伸至与其相对的另一个表面，且每一所述长管件的内壁上设有毛细吸液芯微结构、两端设有封闭堵头、内部充装有工作介质，使得每一所述长管件均形成为一热管结构件；
[0014]所述短管件以阵列方式布置在所述长管件之间，且其阵列布置的方向包括在空间上与所述长管件的长度方向垂直的两个方向，每一所述短管件均呈两端开口的中空管状结构，并在空间上分布设置在相邻两所述长管件之间，且其两端以在结构上相贯的方式与相邻的所述长管件垂直连接。
[0015]本专利技术优选的实例中，所述空白区域中填充有轻质高导热材料以减少所述卫星内外部之间的热量交换，当太阳辐射热较大时阻隔热量进入卫星内部，当外部温度较低时对卫星起到隔热保温的作用。
[0016]本专利技术进一步的实例中，所述轻质高导热材料为防火棉。
[0017]本专利技术优选的实例中，所述三维热管点阵拓扑结构中，所述长管件以层状方式层叠布置在所述三维热管点阵拓扑结构的第一方向上，层叠布置的热管层数至少为两层以上，且位于所述第一方向的上表面区域的第一层热管的管壁紧贴所述前蒙皮、位于所述第一方向的下表面区域的最后一层热管的管壁紧贴所述后蒙皮，中间各层热管通过垂直于热管的空心短管件与其他各层相连以起到增加结构体整体强度的作用。
[0018]本专利技术优选的实例中，所述热管点阵卫星均温板整体采用增材制造方式进行加工，所述前蒙皮、后蒙皮及三维热管点阵拓扑结构采用增材制造方式一体成形。
[0019]本专利技术优选的实例中，所述热管结构件的毛细吸液芯微结构为矩形槽道、Ω形槽道、梯形槽道、三角形槽道或毛细微孔结构。
[0020]本专利技术优选的实例中，所述卫星均温板的外形尺寸根据卫星的尺寸要求确定，并根据卫星的工作环境温度选择所述卫星均温板的材料以及填充在所述热管结构件内的工作介质。
[0021]本专利技术优选的实例中，所述三维热管点阵拓扑结构中，所述热管结构件的数量、截面尺寸、充液量、管径、管壁厚度和/或管间距参数，根据卫星舱板的重量、强度和换热性能要求综合计算确定。
[0022]本专利技术优选的实例中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热管点阵卫星均温板结构，所述卫星均温板至少包括相对布置并在空间上具有相隔距离的一前蒙皮和一后蒙皮，其特征在于，所述前蒙皮与后蒙皮之间相对的空间中设有一整体呈立方体状并采用增材制造方式一体形成的热管三维点阵拓扑结构，所述三维热管点阵拓扑结构之外的区域为空白区域，所述三维热管点阵拓扑结构由在三个相互垂直的方向上规则阵列排布的管状结构件组成，其中，所述三个相互垂直的方向在空间上分别对应所述卫星均温板的厚度、长度和宽度方向，其第一方向对应所述卫星均温板的厚度方向，第二方向对应所述卫星均温板的长度方向，第三方向对应所述卫星均温板的宽度方向，所述三维热管点阵拓扑结构在第一方向上的两个表面区域分别形成其上表面区域和下表面区域，位于所述上表面区域的各管状结构件的管壁均与所述前蒙皮固定连接，位于所述下表面区域的各管状结构件的管壁均与所述后蒙皮固定连接，使得所述卫星均温板整体形成为一由所述三维热管点阵拓扑结构支撑的点阵夹芯板状结构；所述三维热管点阵拓扑结构中，沿所述第二方向或第三方向延伸的各管状结构件均为连续的长管件，其余各管状结构件均为非连续的短管件，其中，各所述长管件在空间上呈相互平行的方式进行布置，且每一所述长管件均至少沿其长度方向由所述三维热管点阵拓扑结构的一个表面延伸至与其相对的另一个表面，且每一所述长管件的内壁上设有毛细吸液芯微结构、两端设有封闭堵头、内部充装有工作介质，使得每一所述长管件均形成为一热管结构件；所述短管件以阵列方式布置在所述长管件之间，且其阵列布置的方向包括在空间上与所述长管件的长度方向垂直的两个方向，每一所述短管件均呈两端开口的中空管状结构，并在空间上分布设置在相邻两所述长管件之间，且其两端以在结构上相贯的方式与相邻的所述长管件垂直连接。2.根据权利要求1所述的热管点阵卫星均温板结构，其特征在于，所述空白区域中填充有轻质高导热材料以减少所述卫星内外部之间的热量交换，当太阳辐射热较大时阻隔热量进入卫星内部，当外部温度较低时对卫星起到隔热...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚俊，张晓峰，杜宝瑞，李恺伦，杨海龙，王殿政，张心豪，李浩，李名雪，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：