一种红外加热笼的制作方法

本发明涉及航天器热环境试验模拟装置设计领域。更具体地，涉及一种红外加热笼。

背景技术：

目前，卫星测绘、卫星通讯技术在军用领域及商用领域都有广泛的应用需求，严酷的作业环境对整星及载荷关于空间热环境的适应性提出了很高的要求。因此，为保证卫星及其关键载荷的温度水平、梯度及稳定度满足正常工作要求，热设计及热试验成为整个卫星研发环节的关键。

目前，航天器的地面热模拟试验中关于空间轨道外热流的模拟装置有：太阳模拟器、红外加热器、接触式电加热器。综合考虑成本、效果、试验周期等因素，红外加热器中的红外加热笼成为普遍使用的外热流模拟装置。现有的常用的红外加热笼主要由固定在框架上的金属加热带构成，其具有设计原理简单、结构复杂性低、工作可靠程度高等优点；同时，由于这种红外加热笼的热惯性大的特点，导致需要低温工况试验时红外加热笼内的试验件散热速度极慢，无法满足温度降低后的低温要求，使得进行热辐射测试时，红外加热笼难以快速进行不同温度工况的切换，导致其不同温度工况的环境模拟误差过大，严重影响实验结果的准确性。

因此，需要一种新的红外加热笼。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种红外加热笼，以解决现有技术中存在的至少一个问题；

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种红外加热笼，所述红外加热笼被配置为可对位于红外加热笼内的试验件进行辐射加热，所述红外加热笼包括：

用以放置试验件的笼体，笼体上包括有镂空部；以及

位于镂空部处的可旋转的叶片，所述叶片在通电状态下发出红外辐射；

与所述镂空部配合设置的叶片安装在所述镂空部内并遮挡所述镂空部；

所述叶片被配置为通过旋转不同角度以形成对所述镂空部的遮挡。

在一个可选地实施方式中，所述红外加热笼上包括：

竖直设置的齿条，所述齿条可沿竖直方向运动；

用于驱动所述齿条运动的电机；

横向设置且与所述齿条正交设置的蜗杆，所述蜗杆在所述齿条的带动下以自身轴线为旋转中心旋转；以及

所述蜗杆通过与所述蜗杆配合设置的蜗轮使所述叶片以自身轴线为旋转中心旋转。

在一个可选地实施方式中，所述红外加热笼还包括竖直设置在所述蜗轮外侧的铝箔板，所述铝箔板被配置为用以遮挡笼体与所述叶片端部之间形成的暴露间隙。

在一个可选地实施方式中，所述叶片以百叶结构设置，每一叶片以设置在叶片对称轴上的转动轴为旋转中心同时转动，所述转动轴的至少一端连接蜗轮。

在一个可选地实施方式中，所述叶片的长度小于所述转动轴的长度，所述叶片端部与所述蜗轮之间设置有套在所述转动轴上的弹簧。

在一个可选地实施方式中，所述弹簧与所述蜗轮之间设置有套在所述转动轴上的绝缘件。

在一个可选地实施方式中，

高温工况下，所述叶片完全遮挡所述镂空部，该状态下，红外加热笼对所述试验件进行热辐射测试；

低温工况下，所述叶片垂直于所述镂空部所在平面，该状态下，红外加热笼对所述试验件进行热辐射测试。

在一个可选地实施方式中，通过调整所述叶片的旋转角度形成所述叶片对于所述镂空部的不同遮挡状态，在不同遮挡状态下红外加热笼对试验件进行不同温度工况下的热辐射测试。

在一个可选地实施方式中，所述镂空部包括上镂空部以及下镂空部，

上镂空部内设置有可完全遮挡上镂空部的上叶片；以及下镂空部内设置有可完全遮挡下镂空部的下叶片；

所述上叶片和所述下叶片以同一角度同时旋转。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例提供的红外加热笼通过不同旋转角度的叶片迅速调整红外加热笼不同的遮挡状态，实现了高温低温等不同温度工况间的快速切换，实现了红外加热笼的系数的快速调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明实施例提供的红外加热笼总装(全遮挡加热状态)的轴测图；

图2示出本发明实施例提供的红外加热笼各构件的位置关系；

图3示出本发明实施例提供的加热结构高温工况下的示意图；

图4示出本发明实施例提供的加热结构低温工况下的示意图；

图5示出本发明实施例提供的绝缘件、弹簧与叶片的装配示意图；

附图标记：笼体1；镂空部2；叶片3；转动轴31；齿条4；传动齿轮41；电机5；蜗杆6；蜗轮7；铝箔板8；弹簧9；绝缘件10。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

针对现有技术中红外加热笼结的无法快速切换高温低温等不同温度工况的限制，如图1和图4所示，本发明的一个实施例公开了一种红外加热笼，所述红外加热笼被配置为可对位于红外加热笼内的试验件进行辐射加热，所述红外加热笼包括：

用以放置试验件的笼体1，笼体1上包括有镂空部2；以及

位于镂空部2处的可旋转的叶片3，所述叶片3在通电状态下对试验件辐射热量；

与所述镂空部2配合设置的叶片3安装在所述镂空部内并遮挡所述镂空部3；

所述叶片3被配置为通过旋转不同角度以形成对所述镂空部2的遮挡。

做热学试验时，红外加热笼处于真空罐中(真空、低温环境)，在低温工况下，笼子叶片遮挡如果过大，会导致内部试验件温度降不下去。本发明实施例提供的红外加热笼通过不同旋转角度的叶片迅速调整红外加热笼不同的遮挡状态，实现了高温低温等不同温度工况间的快速切换，实现了红外加热笼的遮挡系数的快速调节。

在一个具体示例中，本发明实施例中的叶片本身可以通过上电来发热，并对对外界辐射热量，对置于笼体内的试验件进行热辐射测试。由于本发明实施例提供的红外加热笼的笼体设置有镂空部，且安装在镂空部内的叶片可通过旋转不同角度以形成不同状态的遮挡，因此，当叶片旋转不同角度时，可快速改变叶片对笼内试验件的遮挡系数实现不同温度工况的快速调节，并通过调节叶片的电流形成不同强度的辐射，使得红外加热笼实现不同辐射强度、不同温度工况的快速切换。

如图1所示，在本实施例的一些可选地实现方式中，所述红外加热笼上包括：

竖直设置的齿条4，所述齿条4可沿竖直方向运动；

用于驱动所述齿条4运动的电机5；

横向设置且与所述齿条4正交设置的蜗杆6，所述蜗杆6在所述齿条4的带动下以自身轴线为旋转中心旋转；以及

所述蜗杆6通过与所述蜗杆6配合设置的蜗轮7使所述叶片3以自身轴线为旋转中心旋转。

在一个具体示例中，本实施例中的齿条4为直动齿条，利用与该齿条4相配合的传动齿轮41可使蜗杆7绕其自身轴线转动。由于蜗轮7通过与蜗杆6的配合关系驱动；蜗杆7与传动齿轮固连，并通过与直动齿条4的配合关系，在电机5的驱动下使得齿条、蜗杆以及蜗轮依次被驱动，最后实现叶片3的转动。由于上述运动副配合关系相同，叶片3的旋转稳定可靠。

在一个具体示例中，横向设置的蜗杆6在传动齿轮41的带动下以蜗杆轴线为旋转中心旋转；

蜗轮6在蜗杆7的带动下以自身轴线为旋转中心旋转；

每一叶片3在与其一一对应的每一蜗轮6的带动下以自身轴线为旋转中心旋转。

在本实施例的一些可选地实现方式中，高温工况下，所述叶片完全遮挡所述镂空部，该状态下，红外加热笼对所述试验件进行热辐射测试；

低温工况下，所述叶片垂直于所述镂空部所在平面，该状态下，红外加热笼对所述试验件进行热辐射测试。

在本实施例的一些可选地实现方式中，通过调整所述叶片的旋转角度形成所述叶片对于所述镂空部的不同遮挡状态，在不同遮挡状态下红外加热笼对试验件进行不同温度工况下的热辐射测试。

在一个具体示例中，如图4所示的低温工况下，叶片3的旋转角度为90°，该旋转角可使每一叶片3由当前平面旋转至另一与当前平面正交的另一平面，所有叶片3旋转至叶片3的窄边正对试验件方向(相邻叶片3间处于大缝隙状态)，此时，叶片3对镂空部几乎零遮挡，此时的笼内试验件受到叶片3的红外辐射的辐射面积最小，此状态下叶片3对镂空部2的遮挡最小(遮挡系数约为零)。此情况下高温试验件向真空罐内液氮热沉的散热热阻最小。

在一个具体示例中，如图3所示的高温工况下，叶片3不旋转并完全遮挡所述镂空部2(相邻叶片3之间处于小缝隙状态)，此时的笼内试验件受到叶片3的红外辐射的辐射面积最大，此状态下叶片3对镂空部2的遮挡最大，通电后的叶片3对全覆盖下的加热笼内的试验件进行热辐射测试。此情况下高温试验件向真空罐内液氮热沉的散热热阻最大。

在上述两个示例中，通过调整叶片3的旋转角度，即可快速切换高温低温两种工况的热辐射测试。由于叶片3的旋转角度可以调整，因此可实现快速地切换不同温度工况，针对性的解决了传统加热笼热惯性大的问题，加大了试验件的降温速度和降温程度。

由于叶片的旋转角度取决于驱动其转动的齿条、蜗杆、蜗轮以及电机，因此可以通过调整电机的转动频率以调整叶片的旋转角度，对笼内试验件直接辐射的热流大小进行调节。

在本实施例的一些可选地实现方式中，所述红外加热笼还包括竖直设置在所述蜗轮7外侧的铝箔板8，所述铝箔板8被配置为用以遮挡笼体1与所述叶片端部3之间形成的暴露间隙。如图5所示，铝箔板设置在的外侧。由图5所示的实施例可知，笼体1与所述叶片端部3之间形成的了暴露间隙，这会使得叶片3对试验件的辐射不均。因此，本实施例中，通过在该该暴露间隙设置铝箔板8可以减小加热笼各个加热面间的热干扰，同时将叶片的辐射热反射到红外加热笼内受试航天器(卫星)的边角位置，即星体边缘，使星体边缘热流进一步加强，可有效提升试验件表面热流的均匀性。

在一个具体示例中，铝箔板可为镜面铝箔。

在本实施例的一些可选地实现方式中，叶片以百叶结构设置，每一叶片以设置在叶片对称轴上的转动轴为旋转中心同时转动，所述转动轴的至少一端连接蜗轮。

在本实施例的一些可选地实现方式中，所述叶片3包括若干个以同一距离平行配置的子叶片，每个子叶片与一一对应的蜗轮7连接，所述子叶片的轴线与所述蜗轮7的轴线为同一方向。所述叶片3的转动轴至少一端与所述蜗轮7连接。

如图3-5所示，每一子叶片竖直设置，整个叶片3呈百叶结构，一一对应的叶片3的轴线与蜗轮7的轴线为同一轴线，在这种设置下，叶片3在蜗轮7的带动下以竖直方向上的自身轴线为旋转中心，并以一定角度旋转，可实现如图3和图4的不同状态之间的转换。

如图5所示，在本实施例的一些可选地实现方式中，所述叶片的长度小于所述转动轴的长度，所述叶片端部3与所述蜗轮7之间设置有套在所述转动轴上的弹簧9。

在竖直方向上，所述叶片3的长度小于所述转动轴的长度以避免叶片3与叶片端部连接的蜗轮7产生摩擦碰撞，并且叶片端部3与所述蜗轮7之间设置有套在所述转动轴上的弹簧9用以减小热环境交替引起的结构热变形。

在本实施例的一些可选地实现方式中，所述弹簧与所述蜗轮之间设置有套在所述转动轴上的绝缘件10。设置有绝缘件10以实现叶片3与笼体1间的电绝缘。绝缘件10的材料可选为聚四氟乙烯。

在本实施例的一些可选地实现方式中，所述镂空部包括上镂空部以及下镂空部，

上镂空部内设置有可完全遮挡上镂空部的上叶片；以及下镂空部内设置有可完全遮挡下镂空部的下叶片；

所述上叶片和所述下叶片以同一角度同时旋转。

如图1所示，在笼体体积过大时，遮挡镂空部的叶片的面积以及重量也很大，为减少叶片的旋转时间，将镂空部拆分为上下两部分，并在两部分内分别设置遮挡上下镂空部的上下叶片，进一步提高了切换不同温度工况的速度。

在一个示例中如图1所示，笼体1构成本实施例红外加热笼的支撑与固定结构，将电机5、齿条4、蜗杆6；蜗轮7固定在笼体1上以实现整个红外加热笼的各个结构的固定连接。

在一个示例中，笼体1上还配置有多个万向轮，以实现红外加热笼的在各个方向上的移动。

如图1所示的具体示例中，红外加热笼为长方体，但是本发明的实施例并不仅限于该结构，可以为三棱柱、五棱柱以及六棱柱或者不规则的封闭结构，但是只要保证笼体1内科放置试验件即可，并且保证每个面的叶片完全遮挡该面上的镂空部，以及每个面的连接间没有缝隙，对模拟试验的不产生遮蔽系数的影响。本发明实施例提供的红外加热笼消除了地面热模拟试验中遮挡系数的影响，提高功率密度，提升了加热笼单个加热面的最大辐射能力，从换热力度和均匀性方面提高了试验效率及试验结果的准确性。

本发明通过对加热结构进行设计，使加热带以百叶窗形式转动，此种可旋转的百叶式加热带消除了设计过程对加热带遮挡系数的考虑，增加了外热流可提高功率密度，提升了加热笼单个加热面的最大辐射能力，同时实现了全覆盖辐射加热和低遮挡冷却降温，外扩了工况可实现温度区间，从换热力度和均匀性方面提高了试验效率及试验结果的准确性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

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