一种应用于航天器的热控相变模块的制作方法

[0001]
本实用新型涉及航天器配套辅件设备技术领域，特别是一种应用于航天器的热控相变模块。


背景技术：

[0002]
随着航天技术的不断进步，星载的仪器体积呈小型化、大功耗和模块化的发展趋势，因此航天器尺寸越来越小、集成度越来越高、模块化程度越来越深，相应的仪器工作时峰值热流密度和热耗波动也都越来越大，因此，对航天器使用的控制仪器及关键部件工作温度的热控件要求也越来越高。传统卫星的仪器及关键部件热控方式设计要么依据系统峰值功率进行设计，冗余较大，在卫星的仪器及关键部件稳态功耗时、如果对仪器进行加热保温会造成星上能源浪费，且不具有模块化的属性；要么是依据卫星的仪器及关键部件稳态功耗进行设计，这样，在卫星的仪器及关键部件功耗过载时，可能存在散热不足而引起仪器温度过载或损坏的缺点。因此，目前主流的两种设计都无法充分满足航天器热控设计的发展趋势，不能有效提升航天器的稳定性和可靠性。
[0003]
相变材料(比如说石蜡类相变材料)是一种在工作温度下能发生相变(受热由固体变为液体，降温时再由液体变为固体)，而相变温度基本不变并能以潜热形式释放或吸收物件热量的材料。现有的技术中，对于相变材料的应用，一般是将其设置于壳体内制作成相变材料模块安装于的仪器表面，当仪器工作温度持续升高，升至相变材料的相变温度时，相变材料融化吸收热量，而仪器能维持正常相变温度；当仪器工作结束或处于低功耗工作模式，仪器温度有所下降时，模块释放出热量用于维持仪器温度水平，这样保证了仪器处于正常的工作状态下。目前采用相变材料制成的热控设备主要用于应用于地面设备，还未有应用于星载仪器的报道。现有的采用相变材料制成的热控设备由于单一采用相变材料为原料，相变材料由于热导率不高，不利于壳体内所有相变材料的相变(壳体内部上下部的相变材料不能有效均匀受热融化)，因此会对需要热控的仪器工作造成一定的影响；由于星载仪器工作在太空环境下，太空中冷热交替温度变化大，如果将现有的热控设备直接应用星载仪器及关键部件的热控时，将无法达到星载仪器及关键部件的有效热控需要。且现有的采用相变材料制成的热控设备上盖和壳体之间的密封采用的是具有柔性的橡胶片，受到热控设备热量影响的因素容易产生老化现象，进而造成密封不良，相变材料受热外溢，热控设备的工作性能降低；因此特别将现有的热控设备直接应用星载仪器及关键部件的热控时，由于太空中冷热温度变化大，更会导致密封材料变性功能变差，进而有导致星载仪器及关键部件无法正常工作的隐患。


技术实现要素：

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为了克服现有相变材料制成的热控设备由于单一采用相变材料为原料，相变材料由于热导率不高，不利于壳体内所有相变材料的相变，以及上盖和壳体之间的密封采用橡胶片密封，受到热控设备热量影响的因素容易产生老化现象，会造成密封不良，相变材料受
热外溢，工作性能降低，会对需要热控的仪器工作造成一定影响，其无法直接用于星载仪器及关键部件热控的弊端，本实用新型提供了一种采用相变性能更好的正十六烷作为相变主要材料，在壳体内设置泡沫铜作为热传导骨架材料，更加利于相变材料的相变，并采用导热效果好、密封性能佳的银丝条作为壳体和上盖之间的密封材料，具有良好热传导率，且不会因为温度变化而导致密封不良，有效提升了星载仪器或关键部件正常热控需要的一种应用于航天器的热控相变模块。
[0005]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
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一种应用于航天器的热控相变模块，包括壳体及上盖、正十六烷、泡沫铜、银丝条，其特征在于环壳体的上端四周分布有一条连贯下凹的固定槽，固定槽上端高度和壳体上端高度一致，壳体的外侧下端四周各有安装开孔；所述泡沫铜的外形和壳体内部形状一致，且高度及长宽度小于壳体内长宽度及高度；所述泡沫铜位于壳体内；所述正十六烷加热灌入壳体内、且充满壳体的整个腔体；所述壳体内前后两部由左至右分布有多根一体成型且中空的通道，通道下部位于壳体的内侧下端；所述银丝条压入固定槽内且首位相连处焊接，银丝条高度高于固定槽的高度，上盖密封安装在壳体上，需要热控的星载仪器热端面位于壳体下端且紧密贴合。
[0007]
进一步地，所述壳体、上盖是铜制材料，还能采用其他具有良好导热效率的金属。
[0008]
进一步地，所述泡沫铜孔隙率在98％以上，还能选择其他金属泡沫、金属微粒材料代替。
[0009]
进一步地，所述银丝条采用扁条状银丝。
[0010]
进一步地，所述壳体内前后两部每两根通道之间的位置错开。
[0011]
进一步地，所述固定上盖的螺杆有涂覆有环氧树脂胶，壳体上部和上盖下端之间拼缝处涂覆有黑色硅橡胶。
[0012]
进一步地，所述通道上端高度高于泡沫铜高度且低于壳体上端高度。
[0013]
本实用新型有益效果是：本实用新型采用的正十六烷作为填充材料，对应相变温度点为16.5℃，由于航天器各仪器单机及主要部件一般工作于-15℃～45℃的范围内，最优工作温度在10℃～20℃之间，因此正十六烷工作时其产生的相变温度，能尽可能保证仪器单机及主要部件在最优工作温度范围内工作。本新型在壳体内设置了泡沫铜作为热传导骨架材料，更加利于壳体上下端之间的正十六烷热传导，加上壳体内前后两部的通道在相变材料受热融化后产生的一定由下至上流动效应，更加利于相变材料的相变，并采用导热效果好、密封性能佳的银丝条作为壳体和上盖之间的密封材料，银丝条具有良好热传导率，且不会因为温度变化而导致密封不良，有效提升了星载仪器或关键部件正常热控需要。基于上述，所以本新型具有好的应用前景。
附图说明
[0014]
以下结合附图和实施例将本实用新型做进一步说明。
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图1、3、4是本实用新型局部立体结构示意图。
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图2是本实用整体结构示意图。
具体实施方式
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图1、2、3、4中所示，一种应用于航天器的热控相变模块，包括中空上端为开放式结构、下端为封闭式结构的矩形壳体1及上盖2、正十六烷3、泡沫铜4、银丝条5，壳体1的上端前后两部及左右两部中间各有一个垂直分布且具有内螺纹的开孔101，环壳体1的上端四周分布有一条连贯下凹的矩形固定槽102，矩形固定槽102上端高度和壳体1上端高度一致，壳体1的外侧下端四周各有一个贯通的安装开孔103；所述泡沫铜3的外形和壳体1内部形状一致，且高度及长宽度略小于壳体内长宽度及高度3.5mm；所述泡沫铜4位于壳体1内；所述正十六烷3加热至60℃呈过热液体状态后灌入壳体1内、且充满壳体1的整个腔体；所述壳体1内前后两部由左至右分布有四根一体成型且中空的
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型通道104，通道104的高度略低于壳体1内部的高度1mm，通道104下部位于壳体1的内侧下端；所述银丝条5压入固定槽102内且首位相连处焊接，银丝条5高度高于固定槽102的高度0.5mm(银丝条5具有一定延展性且宽度略小于固定槽102宽度0.3mm，利于压紧密封上盖2和壳体1上端)，通过多只铜螺杆6分别垫上铜质垫圈经上盖的四个固定孔21旋入壳体1上端前后两部及左右两部中间开孔的内螺纹内，把上盖2密封安装在壳体1上；所述需要热控的星载仪器或关键部件热端面位于壳体1下端且紧密贴合，通过四只固定螺杆分别经由壳体 1外侧下端四个安装开孔103旋入星载仪器或关键部件侧端周围的四个丝座内螺纹，把需要热控的星载仪器或关键部件和壳体1安装在一起。
[0018]
图1、2、3、4中所示，矩形壳体1、上盖2是铜制材料。泡沫铜4采用孔隙率98％以上的泡沫铜，还能选择其他金属泡沫、金属微粒等材料代替。正十六烷3对应相变温度点为16.5℃，银丝条5采用直径 1.5mm的扁状银丝。壳体1的下端、上盖2为平面结构。壳体内前后两部的通道104，前后两部每两根通道104之间的位置错开。固定上盖的螺杆6上部用w-1环氧树脂胶进行胶封，壳体1上部和上盖2下端之间拼缝处，涂黑色硅橡胶进行密封处理，达到更好的密封效果。通道104上端高度高于泡沫铜高度4且低于壳体1上端高度。
[0019]
图1、2、3、4中所示，本实用新型应用中，当星载仪器或关键部件工作温度持续升高，升至正十六烷 3的相变温度时，正十六烷3融化吸收热量，而星载仪器或关键部件能维持正十六烷3接近的相变温度、星载仪器或关键部件能工作正常；当星载仪器或关键部件工作结束或处于低功耗工作模式，星载仪器或关键部件温度有所下降时，正十六烷3释放出热量用于维持星载仪器或关键部件温度水平，这样保证了星载仪器或关键部件处于正常的工作状态下。本新型采用的正十六烷3作为填充材料，对应相变温度点为 16.5℃，由于航天器各仪器单机及主要部件一般工作于-15℃～45℃的范围内，最优工作温度在10℃～20℃之间，因此正十六烷3工作时其产生的相变温度，能尽可能保证仪器单机及主要部件在最优工作温度范围内工作。本新型在壳体内设置泡沫铜4作为热传导骨架材料，更加利于壳体上下端内之间的正十六烷3热传导，加上壳体1内前后两部的通道104在相变材料受热融化后产生的一定由下至上的一定流动效应，更加利于相变材料的受热相变由固体变为液体。本新型中采用导热效果好、密封性能佳的银丝条5作为壳体 1和上盖2之间的密封材料，银丝条5具有良好热传导率，且不会因为温度变化而导致密封不良，有效提升了星载仪器或关键部件正常热控需要。
[0020]
以下表格是本新型和普通用于地面设备的相变热控设备之间的工作效果对比。
[0021][0022]
以上表格分析可以看出，相较于现有普通用于地面设备的相变热控设备，本新型传热性能大大增强，所以开相相变的时间提前较多，相变维持时间也长，且30min时温度上升低于普通用于地面设备的相变热控设备，也就是说保证了相变时间维持时间能相对更长。
[0023]
以上显示和描述了本实用新型的主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0024]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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