CN105573378A - 一种提升大型热真空试验降温能力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提升大型热真空试验降温能力的方法，步骤如下：(1)将加热笼的每个加热带设计成可转动的形式，每个加热带同步运动和定位；所述的加热带一面为黑漆面；(2)将试验件装入步骤(1)中的加热笼内，推进真空室内，抽真空至真空度≤1.3×10-3Pa，将黑漆面向试验件；升高温至高温保持结束；(3)开始降温，控制加热带转动90度，降温至低温保持结束；(4)开始升温，控制加热带转动-90度，将黑漆面面向试验件，恢复加热带加热功能，升温至高温保持结束，重复第(3)至(4)步骤，直至试验结束；上述高温、低温根据试验件需要试验考核的最高温度以及最低温度设定。

Description

一种提升大型热真空试验降温能力的方法
技术领域
本发明为一种通过旋转加热笼的加热带提升大型热真空试验降温能力的方法，可应用于航天器大型天线反射器及太阳能电池板热真空试验，在保证试验高温要求的同时可以提高试验低温的降温速率和降温能力。
背景技术
目前，大型热真空试验主要采用红外加热笼模拟外热流来控制航天器天线产品温度进行试验，热真空试验过程中，试验设备热沉内液氮循环模拟冷背景，通过加热笼红外加热带的热辐射来控制试验天线的温度，随着天线仿真技术的不断发展及天线在轨的实际工作需求，天线对热真空试验的低温要求越来越严酷。热真空试验中，由于降温能力不足，天线产品低温要求只能以设备极限低温为准。而引起降温能力不足的一个主要因素是加热笼红外加热带的遮挡，因为在热真空试验中传热方式以辐射传热为主，产品降温是通过热沉的辐射来实现的，升温是通过红外加热笼辐射来实现，为了保证高温的辐射温度，加热笼的红外加热带覆盖系数一般设计为33％～40％，但在降温阶段，红外加热带正好阻挡了热沉对产品的辐射，影响了设备的降温能力。
解决该问题的传统方法是降低加热带的覆盖系数和加热带双面喷黑漆。通过降低加热带的覆盖系数虽然能满足部分低温试验要求，但由于覆盖系数降低，升高温时难以满足高温试验的要求；加热带双面涂黑漆虽然对低温有一定作用，但仅在覆盖系数大于50％时有效果，且在高温工况下大大增加了液氮的消耗量和电源的功率消耗。
发明内容
本发明的技术解决方案是：一种提升大型热真空试验降温能力的方法，步骤如下：
(1)将加热笼的每个加热带设计成可转动的形式，每个加热带同步运动和定位；所述的加热带为不锈钢带，面向产品一面喷黑漆，另一面不喷漆；
(2)将试验件装入步骤(1)中的加热笼内，推进真空室内，抽真空至真空度≤1.3×10-3Pa，将黑漆面向试验件；升高温至高温保持结束；
(3)开始降温，控制加热带转动90度，降温至低温保持结束；
(4)开始升温，控制加热带转动-90度，将黑漆面向试验件，恢复加热带加热功能，升温至高温保持结束，重复第(3)至(4)步骤，直至试验结束；
上述高温、低温根据试验件需要试验考核的最高温度以及最低温度设定。
加热带设计成可转动的形式通过下列方式实现：加热带两端通过转动轴安装在框架上，所有加热带同一侧的转动轴的支持端分别安装摆杆，所有摆杆的另一端与拉杆连接；框架上安装一个连接支架，连接支架上安装步进电机，步进电机的输出轴连蜗杆传动机构，蜗杆传动机构的输出连接拉杆。
每个加热带未安装摆杆的一侧安装弹簧，弹簧的一端连接转轴，另一端连接加热带，目的为所有加热带提供一致的预紧力。
所述的转动轴采用聚四氟乙烯材料。
所述的蜗杆传动机构中的蜗杆材料为40Cr、涡轮材料为聚纤亚胺。
所述的拉杆和摆杆采用M40碳纤维和环氧无纺复合材料。
所述加热带的数量由加热带的覆盖系数确定，加热带的覆盖系数最高80％，所述的覆盖系数为加热带面向试验件遮挡的最大面积与总面积的比值。
本发明的原理是：本发明打破了传统加笼红外加热带固定不动的模式，在试验过程中加热带可转动，在降温的过程中将加热带转动90度，由“面”遮挡转为“线”遮挡，降低加热带对热沉和产品的遮挡，增加热沉对天线产品的辐射面积，提高降温能力，满足低温试验要求；升温过程中将加热带转动-90度，恢复加热带的加热功能，满足高温试验要求。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明的方法，在降温阶段加热带转动90度，将加热带由“面”遮挡转为“线”遮挡，大幅降低了加热带对热沉和产品的遮挡，增加了热沉对天线产品的辐射面积，提高了降温速率，解决了降温能力不足的问题
(2)本发明提出的一种在升、降温阶段红外加热带可转动的加热笼，在不改变现有加热笼覆盖系数的情况下，即可以提高试验的降温能力，又可以满足试验的高温要求，而且不会额外增加液氮和电源消耗。。
(3)现有技术极限低温可降至-165℃，试验中实际要求为-170℃，本发明可将降温能力提升-6℃(至-171℃)，满足试验的实际温度要求，解决了降温能力不足的问题。
(4)本发明提高了降温速率，现有技术需要9天完成的试验工况，新方法由于降温速率更快，8天即可完成同样的试验，可为型号进度赢得宝贵的时间，同时节约了试验资源，降低了试验成本。
(5)本发明由于采用加热带转动的方式，避免了加热带在降温时的遮挡，所以加热带的覆盖系数设计可由现有技术的30％提高至80％，可以大量节约试验中电能的消耗，同时可使高温满足更高的温度试验要求。
附图说明
图1为本发明加热带正常位置的示意图；
图2为本发明加热带转动90度的示意图；
图3为本发明加热片实现转动方式示意图；
图4为软件模拟降温过程效果曲线；
图5为本发明真空试验验证降温过程效果曲线。
具体实施方式
本发明涉及一种提升大型热真空试验降温能力的方法，步骤如下：
(1)将加热笼的每个加热带设计成可转动的形式，每个加热带同步运动和定位；所述的加热带采用不锈钢材质，一面为黑漆面，另一面不喷漆；
(2)将试验件装入步骤(1)中的加热笼内，推进真空室内，抽真空至真空度≤1.3×10-3Pa，将黑漆面面相试验件，如图1所示；升高温至高温保持结束；
(3)开始降温，控制加热带转动90度，如图2所示，(面遮挡变成线遮挡，减少遮挡)，降温至低温保持结束；
(4)开始升温，控制加热带转动-90度，将黑漆面向试验件，恢复加热带加热功能，升温至高温保持结束，重复第(3)至(4)步骤，直至试验结束；
上述高温、低温根据试验件需要试验考核的最高温度以及最低温度设定。
可转动加热带示意图如图3所示，具体连接关系如下：加热带②两端通过转动轴③安装在框架①上，所有加热带同一侧的转动轴的支撑端分别安装摆杆⑨，所有摆杆⑨的另一端与拉杆⑧连接；框架①上安装一个连接支架⑦，连接支架⑦上安装步进电机⑥，步进电机⑥的输出轴连蜗杆传动机构④，蜗杆传动机构④的输出连接拉杆⑧。每个加热带未安装摆杆的一侧安装弹簧，弹簧的一端连接转轴，另一端连接加热带，目的为所有加热带提供一致的预紧力。
当加热带需要转动时由步进电机⑥驱动蜗杆传动机构④，蜗杆传动机构包括蜗轮、蜗杆、蜗轮轴、传动轴系及连接支架等，蜗杆传动的优点是其传动比较大，运行较平稳，体积小，噪声低，以及自锁性好的特点非常适合可转动加热带的任务要求，同时省掉了对传动机构和联动机构的锁紧设计。蜗杆传动机构④带动拉杆⑧，拉杆与摆杆⑨连接，摆杆又与加热带聚四氟乙烯转轴③支持端连接，利用1/4圆周工作的摆杆形式(即满足加热带0～90°的转动范围要求)，实现红外加热带②转动，通过蜗杆轴下方的角度传感器⑤测量转动角度的大小。各个组件组成一个典型的四连杆机构，这样当驱动组件运动时，即可通过该套联动装置实现各加热带的同步运动和定位。
试验过程中通过真空穿仓电缆的连接，控制步进电机的转动，通过蜗杆传动机构和联动装置实现加热带的转动，在降温的过程中将加热带转动90度，提高降温能力，满足低温试验要求；升温过程中将加热带转动-90度，恢复加热带的加热功能，满足高温试验要求。
图4为本发明的软件模拟降温过程效果曲线，图5为本发明真空试验验证降温过程效果曲线。从图中可以看出传统方法加热笼降温曲线(曲线1-遮挡率50％)与本发明加热带旋转后的加热笼降温曲线(曲线2-遮挡率5％)，在热沉温度相同的情况下，本发明曲线2的降温速率明显优于传统方法曲线1的降温速率；在相同的时间内本发明曲线2的温度比传统方法曲线1的温度降的更低(6℃左右)。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种提升大型热真空试验降温能力的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将加热笼的每个加热带设计成可转动的形式，每个加热带同步运动和定位；所述的加热带一面为黑漆面，另一面不喷漆；
(2)将试验件装入步骤(1)中的加热笼内，推进真空室内，抽真空至真空度≤1.3×10-3Pa，将黑漆面向试验件；升高温至高温保持结束；
(3)开始降温，控制加热带转动90度，降温至低温保持结束；
(4)开始升温，控制加热带转动-90度，将黑漆面向试验件，恢复加热带加热功能，升温至高温保持结束，重复第(3)至(4)步骤，直至试验结束；
上述高温、低温根据试验件需要试验考核的最高温度以及最低温度设定。
2.根据权利要求1所述的一种提升大型热真空试验降温能力的方法，其特征在于：加热带设计成可转动的形式通过下列方式实现：加热带(2)两端通过转动轴(3)安装在框架(1)上，所有加热带同一侧的转动轴的支持端分别安装摆杆(9)，所有摆杆(9)的另一端与拉杆(8)连接；框架(1)上安装一个连接支架(7)，连接支架(7)上安装步进电机(6)，步进电机(6)的输出轴连蜗杆传动机构(4)，蜗杆传动机构(4)的输出连接拉杆(8)。
3.根据权利要求2所述的一种提升大型热真空试验降温能力的方法，其特征在于：每个加热带未安装摆杆的一侧安装弹簧，弹簧的一端连接转轴，另一端连接加热带，目的为所有加热带提供一致的预紧力。
4.根据权利要求2所述的一种提升大型热真空试验降温能力的方法，其特征在于：所述的转动轴采用聚四氟乙烯材料。
5.根据权利要求2所述的一种提升大型热真空试验降温能力的方法，其特征在于：所述的蜗杆传动机构中的蜗杆材料为40Cr、涡轮材料为聚纤亚胺。
6.根据权利要求2所述的一种提升大型热真空试验降温能力的方法，其特征在于：所述的拉杆和摆杆采用M40碳纤维和环氧无纺复合材料。
7.根据权利要求1所述的一种提升大型热真空试验降温能力的方法，其特征在于：所述加热带的数量由加热带的覆盖系数确定，加热带的覆盖系数最高80％，所述的覆盖系数为加热带面向试验件遮挡的最大面积与总面积的比值。
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