增加羽流气体吸附的热沉壁板结构布局形式制造技术

用于羽流试验的热沉壁板主要由液氮热沉翅片（１）、液氮热沉支管（２）、液氦热沉支管（３）、液氦热沉翅片（４）组成。液氦热沉位于液氮热沉内部，减小了真空容器对液氦热沉的热负荷；液氦热沉直接面对羽流试验气体，抽速大，羽流吸附效率高；液氦热沉壁板开口方向逆着羽流来流方向，羽流气体能够快速进入液氦热沉和液氮热沉夹层中，通过多次反弹降低羽流喷流速度，提高吸附效率；液氮热沉壁板开口方向顺着羽流来流方向，和液氦热沉壁板开口方向成几何对称，使羽流气体易进，不易出，增加了气体的捕获率；翅片和翅片之间留有空隙，使得热沉正反两面都可以吸附羽流气体，有效的增加了羽流吸附面积；材料采用不锈钢支管和铜翅片；有效提高了真空容器内部的静、动态真空度。

【技术实现步骤摘要】
增加羽流气体吸附的热沉壁板结构布局形式
本专利技术涉及用于增加羽流气体吸附的热沉壁板结构布局形式。本专利技术特别应用于增加羽流气体吸附的圆柱段热沉壁板结构布局形式。
技术介绍
人造卫星、飞船、空间站、深空探测器、导弹以及运载火箭上大量使用的姿轨控发动机，在高空稀薄环境下工作时其喷流会向外部环境自由膨胀形成真空羽流。羽流会对空间飞行器产生羽流污染、羽流干扰力和羽流热效应等羽流影响。这些影响轻则降低工作元件的性能，重则导致飞行任务的失败。随着航天事业的迅速发展，航天设计部门越来越关注空间飞行器上的姿轨控发动机工作时产生的羽流问题。 羽流效应问题研究的一个重要前提是保证羽流实验气体的快速吸附，使得环境真空度能够达到规定的指标。高空羽流实验大都采用氮气模拟，用于吸附羽流实验气体的设备主要是环绕真空容器内表面的深冷低温泵，即氦板(液氦热沉)。 20世纪90年代，美国戈达德空间飞行中心在高真空设备中进行的肼发动机推力实验中，采用有液氮遮挡保护片冷却的氦板(二级低温泵)对主要成分包括^、112的燃气进行冷凝抽气。氦板的抽气面积为57m2，在燃气的质量流量0. 0445g/s时，实现了动态工作真空高度128km(1. 33X10-3Pa)的羽流效应试验研究。 20世纪90年代末，德国DLR建设了 STG真空羽流实验系统。该系统与戈达德空间飞行中心的设备不同，氦板内部没有液氮屏蔽板，羽流气体直接作用于氦板表面。STG的低温泵氦板面积为301112，可保证0. 5N(相应质量流量为0. 2g/s)推力发动机连续工作时，维持压力小于10—3Pa。 按照这种低温泵的布局结构，要实现较大推力发动机的高空(动态真空度小于10—3Pa)研究工作，就要相应的增加氦板的面积及气体分子的捕获率。实际上，根据气体的种类及其温度，氦板的面积及气体分子的捕获率会有很大的差异。如何在有效的空间内尽量加大吸附面积及气体分子的捕获率成为了高空羽流实验的设计关键。 羽流实验的基本过程是，实验过程中喷流气体以超音速喷出，在真空容器中迅速扩散，为了维持高的动态真空度，需要对喷出的气体瞬间冷凝吸附(速度降为零)，从而模拟真实的空间环境。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过合理的热沉结构布局来提高气体分子的捕获率，以维持高的动态真空度。 用于羽流试验的热沉壁板主要由液氮热沉翅片(1)、液氮热沉支管(2)、液氦热沉支管(3)、液氦热沉翅片(4)组成，常用的壁板是由铜翅片和不锈钢支管焊接而成，其中不锈钢支管内通液氮或液氦制冷介质。 本专利技术具有的优点在于(a)液氦热沉位于液氮热沉内部，减小了真空容器对液3氦热沉的热负荷；(b)液氦热沉直接面对羽流试验气体，抽速大，羽流吸附效率高；(c)液 氦热沉壁板开口方向逆着羽流来流方向，羽流气体能够快速进入液氦热沉和液氮热沉夹层 中，通过多次反弹降低羽流喷流速度，提高吸附效率；(d)液氮热沉壁板开口方向顺着羽流 来流方向，和液氦热沉壁板开口方向成几何对称，使羽流气体易进，不易出，增加了气体的 捕获率；(e)翅片和翅片之间留有空隙，使得热沉正反两面都可以吸附羽流气体，有效的增 加了羽流吸附面积；(f)材料采用不锈钢支管和铜翅片；(g)有效提高了真空容器内部的 静、动态真空度。附图说明 图1是羽流用热沉壁板结构布局形式 图2是真空容器内圆筒段热沉壁板结构布局示意图具体实施方式下面结合附图来进一步说明本专利技术。 图l所示的用于羽流试验的热沉壁板主要由液氮热沉翅片(1)、液氮热沉支管 (2)、液氦热沉支管(3)、液氦热沉翅片(4)组成，常用的壁板是由铜翅片和不锈钢支管焊接 而成，其中不锈钢支管内通液氮或液氦制冷介质。 液氮热沉不锈钢管间距400mm，不锈钢管尺寸O20X2 ;液氦热沉不锈钢管间距 200mm，不锈钢管尺寸①20 X 2。这种热沉壁板尺寸形式可保证热沉温度的均匀性，满足实验 需求。 下面用公式说明热沉吸附面积和气体分子捕获率对热沉抽速的影响。 液氦热沉的静态理想抽速计算公式如下 S0 = 3. 64X 101気(Tg/M)1/2 式中 S。——氦深冷泵的理想抽速，L/s ; A氦——氦板的面积，m2 ; Tg——气体的温度，真空羽流效应实验系统处取Tg = 300K ; M——气体的相对分子量，g/mol。 实际工作过程中，气体分子在某一冷凝面上不可能完全被冷凝吸附，碰撞在热沉 表面上的部分能量特别大的分子会反射回去(由于速度太快，超音速流)。实际抽速要比理 论抽速小。 液氦热沉的实际抽速计算公式如下 S = C S0 = 3. 64X 1()4CA氦(Tg/M)1/2 式中 S——氦深冷泵的实际抽速，L/s ; C——气体分子的捕获率(冷凝系数)； S。——氦深冷泵的理想抽速，L/s ; A氦——氦板的面积，m2 ; Tg——气体的温度，真空羽流效应实验系统处取Tg = 300K ; M——气体的相对分子量，g/mol。 C = 1 — e-s/(&) 表1气体为300K，对20K的深冷表面的e/K值<table>table see original document page 5</column></row><table> 表2300K的气体在各种冷凝表面温度下的冷凝系数<table>table see original document page 5</column></row><table> 从以上公式和图表可以看出热沉吸附面积越大，抽速越大；气体分子的捕获率取决于气体的种类、速度、热沉温度及壁板结构布局形式，本专利技术设计的热沉壁板结构布局形式就是根据羽流试验气体的特殊性设计的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
增加羽流气体吸附的热沉壁板结构布局形式，由液氮热沉翅片（１）、液氮热沉支管（２）、液氦热沉支管（３）、液氦热沉翅片（４）组成。

【技术特征摘要】
增加羽流气体吸附的热沉壁板结构布局形式，由液氮热沉翅片(1)、液氮热沉支管(2)、液氦热沉支管(3)、液氦热沉翅片(4)组成。2. 如权力要求1所述的增加羽流气体吸附的热沉壁板结构布局形式，其特征在于液 氦热沉位于液氮热沉内部。3. 如权力要求2所述的增加羽流气体吸附的热沉壁板结构布局形式，其特征在于液 氦热沉直接面对羽流试验气体。4. 如权力要求3所述的增加羽流气体吸附的热沉壁板结构布局形式，其特征在于液氦热沉壁板开口方向逆着羽流来流方向。5. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌桂龙，蔡国飙，王文龙，李晓娟，黄本诚，张国舟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]