用于空间热控制的单向微膨胀型热开关技术研究

发布时间：2017-08-29 01:24

  本文关键词：用于空间热控制的单向微膨胀型热开关技术研究

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【摘要】：随着航天器对地和空间探测发展的需要,为了提高探测器的精度需要降低背景的热噪声,航天器上的深低温制冷技术变得愈来愈重要,是一个具有重要意义的研究领域。为了解决航天器由于频繁机动以及外部外热流变化激烈造成的热控难题,需要采用控制能力高的主动热控制方法,来提高空间设备的可靠性和环境适应性。因此,开展微膨胀型热开关主动热控制技术研究具有重要的理论意义和工程应用价值。空间手眼相机作为整个机械臂的视觉系统,主要为机械臂提供抓取的测量信息。其中手眼相机作为某空间设施的关键载荷设备,在轨运行过程中,除了支撑结构与平台相连以外,其余部分直接裸露在外太空,直接受到太阳辐射、冷黑热沉等恶劣环境的影响,空间热环境十分严峻。本文以手眼相机内部器件的散热需求为研究对象,开展了基于空间热控制的单向微膨胀型热开关技术研究,研究并设计了一种单向膨胀型热开关,用于解决空间环境下设备对于温度适应性的要求,保证设备温度的正常水平从而减小温度波动对设备工作造成的影响。本文的研究工作主要包括:1)概述了主动热控方法的研究进展。介绍了热开关控制技术的研究现状和发展趋势,在此基础上,分别从国外和国内两个方面总结了微膨胀型热开关技术的研究现状,阐述了热开关工作原理以及其结构特点。2)分别对散热、导流和对流三种类型的传热方式进行了详细的介绍,对热开关内部存在固体传热理论进行了分析,完成了对典型膨胀型热开关传热机理的分析研究,设计了热开关结构模型,并通过热网络方程分析了热开关的热特性。3)通过介绍IDEAS/TMG热分析方法,建立了热开关结构的有限元模型,以实际工作环境为边界条件,分析在不同功率负载条件下,热开关表面结构的温度分布以及工作状态,验证理论设计的合理性和可行性,同时为后期试验提供指导依据。4)基于理论模型分析和实验仿真的结果,设计搭建试验平台,规划相应实验流程,模拟热开关实际工作条件,测定热开关工作的性能参数,验证是否能够完成散热需求,最后分析了试验中可能存在的漏热和温度测量误差。5)通过对手眼相机的结构和热环境的分析,针对内部CCD等器件散热需求,应用热开关技术,以温度控制和散热为目标,利用热分析软件进行仿真分析,验证单向微膨胀热开关的可行性和实用性。
【关键词】：热控制 热开关 微膨胀 热分析 温度控制
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V444.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 航天器热控制技术的需求分析12-13
• 1.2 国内外典型空间热开关技术研究现状13-20
• 1.2.1 往复式接触热开关14-15
• 1.2.2 微膨胀型热开关15-17
• 1.2.3 相变驱动型热开关17-18
• 1.2.4 气隙式热开关18-20
• 1.2.5 磁力驱动型热开关20
• 1.3 热开关技术参数特点20-21
• 1.4 课题研究背景及意义21-22
• 1.5 论文主要研究内容22-23
• 1.6 本章小结23-24
• 第2章 单向微膨胀型热开关设计与分析24-42
• 2.1 热开关的相关传热学概念24-27
• 2.1.1 热传导24-26
• 2.1.2 对流26-27
• 2.1.3 热辐射27
• 2.2 固体界面传热27-30
• 2.2.1 接触热阻的计算28-30
• 2.2.2 接触导热系数计算30
• 2.3 热开关概念30-32
• 2.4 单向微膨胀型热开关材料32-33
• 2.5 单向微膨胀型热开关设计33-41
• 2.5.1 二维稳态传热模型分析34-38
• 2.5.2 简化一维传热模型38-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第3章 单向微膨胀型热开关仿真分析42-54
• 3.1 热仿真模型的建立与分析42-45
• 3.1.1 IDEAS/TMG热传导的计算方法43-44
• 3.1.2 IDEAS/TMG热辐射的计算方法44-45
• 3.2 热仿真模型建立45-46
• 3.3 热仿真结果46-52
• 3.3.1 小功率状态下的工作状态46-49
• 3.3.2 大功率状态下的工作状态49-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 单向微膨胀型热开关热特性试验54-64
• 4.1 热试验方案54-55
• 4.2 试验流程设计55-57
• 4.3 热开关装配过程57-58
• 4.4 试验结果58-61
• 4.5 热开关完全断开与闭合状态分析61-62
• 4.6 试验误差分析62-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第5章 微膨胀型热开关在空间相机热控制上的应用分析64-76
• 5.1 空间手眼相机结构分析64-65
• 5.2 手眼相机热设计65-67
• 5.2.1 主动热控方式65-66
• 5.2.2 被动热控方式66-67
• 5.3 外热流分析67-68
• 5.4 微膨胀型热开关应用设计方案68-69
• 5.5 热设计分析计算69-72
• 5.6 热设计仿真结果72-75
• 5.6.1 高温工况条件73-74
• 5.6.2 低温工况条件74-75
• 5.7 本章小结75-76
• 第6章 总结与展望76-78
• 6.1 本文主要工作76-77
• 6.2 研究展望77-78
• 参考文献78-83
• 在学期间学术成果情况83-84
• 指导教师及作者简介84-85
• 致谢85

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本文编号：750577