【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种星载大功率激光器温控系统及控制方法，属于航天热控。
技术介绍
1、随着星载激光技术的发展，激光器的散热功率越来越高，这给星载激光器的热设计带来了如下难点：1)单台激光器的功率已经突破千瓦甚至达到万瓦，传统“热管+辐射器”的散热方式已不能满足；2)激光器控温精度较高，所采用的热控技术需具备高精度的控温能力；3)总工作时间长，需要排散的总能量达到兆焦甚至几十兆焦级别；4)辐射资源短缺，传统热设计需要的辐射面面积将达到十几甚至上百平方米；5)热补偿功耗短缺，传统热设计将需要千瓦甚至万瓦的功耗。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载大功率激光器温控系统及控制方法，解决星载大功率激光器面临的热控难题，降低散热资源需求，保证激光器的控温精度，确保激光器在轨正常工作。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种星载大功率激光器温控系统，包括：
3、储液器制冷器和储液器加热器，布置于储液器壳体的外表面，用于控制储液器的温度，实现星载激光器不同工作点的调整；
4、绝对压力传感器，位于储液器下游，用于测量所述激光器温控系统的绝对压力，并通过饱和压力与饱和温度的对应关系获得相应温度，进而控制所述激光器温控系统的工作点；
5、泵阀组件，上游连接储液器，下游连接回热器，通过外部控制实现支路的开启或关闭以及流量的调节；
6、压差传感器，两端分别连接泵阀组件的上游和下游，用于所述激光器温控系统的流
7、回热器，包括冷侧回路和热侧回路；冷侧回路布置于机械泵下游的过滤器和预热器之间，热侧回路布置于热源模块下游和冷凝管路的上游，用于回收热源模块的热量，降低所述激光器温控系统热补偿功耗；
8、预热器，布置于回热器冷侧回路下游和热源模块上游，用于将过冷液体加热到两相态，并通过外部控制实现热量的按需调整；
9、相变辐射器，位于回热器热侧回路下游和储液器上游，相变辐射器内壁面与冷凝管路导热连接，用于实现冷凝管路中的热量向相变辐射冷凝器的传递、相变辐射器的冷量向管路的传递；
10、辐射器控温加热器固定于辐射器内层表面，用于实现辐射器控温，避免辐射器上的管路冻结。
11、进一步地，所述相变辐射器为具有一定壁厚的内腔结构，内腔结构可以通过机械加工、焊接和3d打印的形式实现，内部填充有相变材料，相变材料通过固液相变实现热量的高效存储，以此降低峰值功率。
12、进一步地，所述相变辐射器外壁面喷涂高发射率涂层，用于实现热量的高速排散。
13、进一步地，所述泵阀组件包括串联的控制阀和机械泵，以及上游和下游均连接的过滤器；控制阀布置于机械泵的上游，通过外部控制实现机械泵支路的开启或关闭；机械泵的转速通过外部控制，实现流量的调节。
14、进一步地，热源模块包括激光器热源和冷板；激光器热源安装于冷板上；冷板位于预热器下游和回热器上游，其内为饱和两相态工质，通过控制一定的干度实现热量的获取。
15、进一步地，所述控制阀为自锁阀、单向阀或电磁阀。
16、一种利用所述的一种星载大功率激光器温控系统实现的星载大功率激光器温度控制方法，包括：
17、步骤一：根据激光器热源到相变辐射面的温度传递图，确定各个组件及材料的工作温度δt4、δt3、δt2、δt1；其中，δt4>δt3>δt2>δt1，δt4、δt3、δt2、δt1均为正值；
18、步骤二：根据流动与传热分析，确定激光器热源在轨开机和关机的时长分别为t1和t2；
19、步骤三：启动激光器热源关机模式，关闭第一机械泵、第二机械泵、第一控制阀、第二控制阀；储液器控温t0-δt1-δt5，预热器控温t0+δt6，散热面控温t0-δt4-δt7，其中δt5、δt6、δt7均为正值；t0为激光器工作温度；
20、步骤四：启动激光器热源开机模式，激光器热源关机模式维持时长t2后，散热面温度降低至t0-δt4以下，相变材料全部冻结后，开启第一机械泵并设定转速为r1，同时开启第一控制阀，关闭第二机械泵、第二控制阀，回路内的工质开始循环，工质在预热器内迅速转换为温度为t0-δt1的饱和工质；随着激光器热源功率的逐渐增加，第一机械泵的转速逐渐增加到rn，其中rn>r1；
21、步骤五：启动激光器热量存储模式，激光器的热量通过冷凝管路传递至相变材料，内部相变材料融化，激光器的热量被相变装置的显热和相变材料的潜热所吸收；热量存储模式持续时长为t2；在整个过程中，通过监测压差传感器的数值δpt与理论值δpm来分析回路是否正常；若正常，则回路正常运行；若不正常，则停机检查，排除故障后再使用；
22、步骤六：运行一个开机过程后，激光器关机；
23、步骤七：启动激光器热量排散模式，关闭第一机械泵、第二机械泵、第一控制阀、第二控制阀，阻断流体回路内工质的运行；相变辐射器中存储的能量通过辐射的形式向空间环境辐射，直至所有的能量全部辐射出去；
24、步骤八：激光器在轨工作时，重复步骤三至步骤七；若第一机械泵和第一控制阀出现问题，则切换到第二机械泵和第二控制阀，继续重复步骤三至步骤七。
25、进一步地，所述相变辐射器的辐射功率满足：其中，e为激光器工作时的总能量，q2为空间外热流功率，t1、t2分别为激光器热源在轨开机和关机的时长。
26、进一步地，当|δpt-δpm|<δp时回路运行正常。
27、进一步地，所述步骤三中，控温通过拟合得到。
28、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
29、(1)采用该系统可以实现千瓦甚至万瓦级热量高精度传输，并有效降低辐射器散热面积和热补偿功耗；
30、(2)采用该系统可以实现热开关的功能，保证激光器开机时热量向辐射冷凝器传递以及激光器关机时冷量不进入到激光器中；
31、(3)采用该控制策略可以快速实现工质相变，保证进入到激光器冷板处较高的换热效率；
32、(4)采用该控制策略可以大幅降低机械泵在轨运行时长，提升系统可靠性。
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1.一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，所述相变辐射器(9)为具有一定壁厚的内腔结构，内腔结构可以通过机械加工、焊接和3D打印的形式实现，内部填充有相变材料(10)，相变材料(10)通过固液相变实现热量的高效存储，以此降低峰值功率。
3.根据权利要求2所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，所述相变辐射器(9)外壁面喷涂高发射率涂层，用于实现热量的高速排散。
4.根据权利要求1所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，所述泵阀组件包括串联的控制阀(6)和机械泵(8)，以及上游和下游均连接的过滤器(5)；控制阀(6)布置于机械泵(8)的上游，通过外部控制实现机械泵(8)支路的开启或关闭；机械泵(8)的转速通过外部控制，实现流量的调节。
5.根据权利要求1所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，热源模块包括激光器热源(15)和冷板(16)；激光器热源(15)安装于冷板(16)上；冷板(16)位于预热器(14)下游和回热器(13)上游，其
6.根据权利要求1所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，所述控制阀(6)为自锁阀、单向阀或电磁阀。
7.一种利用权利要求1所述的一种星载大功率激光器温控系统实现的星载大功率激光器温度控制方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述相变辐射器的辐射功率满足：其中，E为激光器工作时的总能量，Q2为空间外热流功率，t1、t2分别为激光器热源在轨开机和关机的时长。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，当|ΔPt-ΔPm|<δP时回路运行正常。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤三中，控温通过拟合得到。
...【技术特征摘要】
1.一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，所述相变辐射器(9)为具有一定壁厚的内腔结构，内腔结构可以通过机械加工、焊接和3d打印的形式实现，内部填充有相变材料(10)，相变材料(10)通过固液相变实现热量的高效存储，以此降低峰值功率。
3.根据权利要求2所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，所述相变辐射器(9)外壁面喷涂高发射率涂层，用于实现热量的高速排散。
4.根据权利要求1所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征在于，所述泵阀组件包括串联的控制阀(6)和机械泵(8)，以及上游和下游均连接的过滤器(5)；控制阀(6)布置于机械泵(8)的上游，通过外部控制实现机械泵(8)支路的开启或关闭；机械泵(8)的转速通过外部控制，实现流量的调节。
5.根据权利要求1所述的一种星载大功率激光器温控系统，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆亮，杨涛，陈祥贵，冯磊，张明佳，邵何强，赵石磊，朱许，于峰，王春辉，伏瑞敏，杨居奎，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：
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