CN109398769A - 大型步入式载人航天器的常压热试验*** - Google Patents

大型步入式载人航天器的常压热试验*** Download PDF

Info

Publication number
CN109398769A
CN109398769A CN201811241567.2A CN201811241567A CN109398769A CN 109398769 A CN109398769 A CN 109398769A CN 201811241567 A CN201811241567 A CN 201811241567A CN 109398769 A CN109398769 A CN 109398769A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
normal pressure
subsystem
test
pressure heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811241567.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109398769B (zh
Inventor
王晶
徐照武
苏新明
谢吉慧
刘畅
秦家勇
杨晓宁
解峥
蔡强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Original Assignee
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering filed Critical Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority to CN201811241567.2A priority Critical patent/CN109398769B/zh
Publication of CN109398769A publication Critical patent/CN109398769A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109398769B publication Critical patent/CN109398769B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G7/00—Simulating cosmonautic conditions, e.g. for conditioning crews

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大型步入式载人航天器常压热试验***，主要包括模拟室、气体处理分***、加热分***、制冷分***、除湿与换气分***以及参数测量与设备控制分***，该试验***可将大型载人航天器水平推入模拟室内，通过气体处理单元将加热或制冷后的气体进行温度循环与控制，达到航天器需要的温度范围以及升降温速率，并保持一定的均匀性和稳定性。本发明实现了大型载人航天器热循环测试，利用本***比利用真空容器开展热真空循环试验更便利，升降温过程可控，试验开机停机相对灵活，连续运行能力更强，且成本更低，特别适合装备载人航天器进行热试验。

Description

大型步入式载人航天器的常压热试验***
技术领域
本发明属于载人航天器地面试验技术领域，具体涉及一种用于载人航天器地面热循环试验的大型步入式常压热试验***。
背景技术
在航天器的研制过程中，对航天器进行整星级地面试验考核是一个非常重要的环节.这些***级地面试验一般包括力学试验、热试验、电性试验等。它们不仅能够考核设计，还可以消除元器件的早期失效.提高航天器的可靠性，而其中的热试验则是进行可靠性筛选最为重要的试验。如GJBl027A《运载器、上面级和航天器试验要求》中说明的，“含有电工、电子元器件的电工和电子组件要经过热真空和热循环试验的多次热循环应力，目的是通过环境应力筛选来发现可能导致产品早期失效的潜在质量缺陷。”
目前我国研制的载人航天器尺寸越来越大，尤其是空间站项目，单体舱段的高度超过了16m，直径达到4.8m，发射前需要开展热试验进行考核和验证。由于大型航天器热真空试验***庞大复杂，建立空间环境的过程十分缓慢，维持模拟空间环境各项指标需要多项保障条件的不间断支持，资源耗费量巨大。同时，热真空试验需要相当高的真空度要求，真空度一旦变坏特别是进入放电区，往往会造成测试加电设备真空放电，使电子元器件损坏，因此热真空试验相当风险较大。
与热真空热试验相比，采用常压热试验***开展的热循环试验更经济、安全，同样能实现对航天器进行热环境应力筛选的目的。但是，常规的常压热试验***尺寸小，仅适合开展单机或小型部组件的热循环试验。大尺寸空间的常压热试验***的环境控制存在空间温度均匀性差、控制温区窄的问题。
行业一般采取模拟室外部配备大型加热和制冷***，通过复杂的风道和保温措施将气体引入/导出模拟室内，解决大尺寸空间温度均匀性和极限低温控制的问题，这导致***过于复杂，且大量风道占用模拟室内部空间，增加建设和后期维护成本。本发明采用嵌装在模拟室顶部的10组集成化气体处理单元实现空间内的断面循环流场，模拟室内气体工质自循环，解决了21m(长)×8m(宽)×7m(高)大尺寸空间内低于-160℃和优于2℃的温度均匀性控制问题，***简单，空间占比小。气体处理单元内集成电加热器、液氮喷淋单元和风机，可实现-160℃至120℃的宽温区调节；气体处理单元采取模块化设计，每组可独立工作，之间互不影响，单组故障时对模拟室内的工作温度和影响小，保证了整套***的连续可靠运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种空间合理、温区宽泛、功能完善、指标优良的大型步入式常压热试验***，不仅能够精确控制试验空间温度场，还能够解决常规常压热试验设备存在的结霜结露问题，为航天器能够开展长期有效的热性能指标考核验证提供手段。本发明能够填补国内对大型载人航天器底面进行常压热循环试验所需的大型常压热环境模拟***的空白，为大型载人航天器进行地面常压热循环试验提供了技术保障。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
用于载人航天器热循环试验的大型步入式常压热试验***，主要包括模拟室、气体处理分***、加热分***、制冷分***、除湿与换气分***、温度测量分***与设备控制分***，模拟室内配置有导轨和试验架车，用于将载人航天器直接推入常压热试验***；气体处理分***由多组分布式的气体处理单元构成，通过风机循环保证整个试验空间温度场均匀可控；加热分***由分散于气体处理单元内的多组电加热器组成，电加热器位于进风口一侧，用于整个试验空间升温；制冷分***由分散于气体处理单元内的多组液氮喷淋单元组成，液氮喷淋单元位于电加热器与风机之间，用于整个试验空间降温，除湿与换气***包括液氮吸湿冷板、氮气管道和排风风机，试验前通过长时间氮气置换和液氮吸湿冷板吸附，实现试验空间内部露点温度低于-70℃；温度测量分***由模拟室内多组空间温度场测温传感器和多组试件测温传感器、标准测温法兰、测量线路和控制器组成，实现试验件温度与模拟室空间温度场测量、监视与存储；设备控制分***利用上位机与PLC构成，控制电加热器输出功率、液氮喷淋量以及风机运行频率，实现试验空间温度场的控制。
其中，模拟室的空间1000m3以上，优选1200m3以上。
进一步地，整个试验空间温度场的均匀性优于2℃。
进一步地，整个试验空间升温到最高温度达120℃。
进一步地，整个试验空间降温到最低实现-160℃。
其中，模拟室顶部在长度方向均匀分布10组以上的气体处理单元，每组气体处理单元后进风、前出风，模拟室气体从进风口进入气体处理单元，经加热或降温处理后，再由高转速风机加速送出排风口，形成模拟室内的断面循环流场。
其中，每组气体处理单元集成1组电加热器、1组液氮喷淋单元和2台离心风机。
其中，电加热器采用镍铬合金加热丝作为发热器件，采用多层云母板作为加热丝中间的支撑，加热线使用高温导线与外部电路进行连接。
其中，离心风机提供40000m3/h的流量，实现模拟室中心区域气体风速不小于0.5m/s，保证模拟室空间内的温度均匀性。
其中，液氮吸湿冷板分***由供液储槽、胀板热沉和管路及仪器仪表构成，胀板热沉由不锈钢板水压膨胀制成，表面布置测温传感器，热沉进液管路连接供液储槽，排液管路连接室外放空，排液管路设置远程电控阀，根据热沉表面测温传感器温度情况控制开关。
本发明实现了大试验空间、宽温区、高温度均匀性、低湿度以及长期运行稳定可靠的常压热环境模拟能力。利用本***开展的常压热循环试验比热真空试验更安全，灵活性更高，连续运行时间更长，对产品考核更充分。
附图说明
图1为本发明的大型步入式载人航天器常压热试验***的结构示意图，其中：1模拟室、2排风风机、3设备控制分***、4气体处理分***(气体处理单元组)、5温度测量分***、6液氮吸湿冷板、7氮气管道、8测温点。
图2为本发明的大型步入式载人航天器常压热试验***的断面循环风场示意图，
其中：21模拟室、22液氮喷淋单元管路入口、23气体处理单元。
图3为本发明***中气体处理单元的结构示意图，
其中：31电加热器、32液氮喷淋单元、33风机。
图4为本发明***中的移动式液氮除湿单元的结构示意图，
其中：41辅助循环风机，42液氮冷板、43液氮管路、44参数测量与控制模块。
具体实施方式
以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
图1是本发明的大型步入式载人航天器常压热试验***的结构示意图，主要包括模拟室1、排风风机2、设备控制分***3、气体处理分***(气体处理单元组)4、温度测量分***5、液氮吸湿冷板6、氮气管道7、测温点8。其中，模拟室1的空间1200m3以上，其底部配置有导轨和试验架车，试验架车承载载人航天器并沿着导轨滑动，以用于将载人航天器直接推入常压热试验***的模拟室1内；排风风机2设置在模拟室1一侧外部，通过设备控制分***3控制，在模拟室1进行氮气置换时排出气体；气体处理分***(气体处理单元组)4在设备控制分***3的控制下运行，实现模拟室1内气体工质的循环和温度控制；温度测量分***5由多组测温点8、标准测温法兰、测量线路和控制器组成，实现试验件温度与模拟室1空间温度场测量、监视与存储；液氮吸湿冷板6在模拟室1进行氮气置换时工作，对模拟室1内气体工作除湿。
图2为本发明的大型步入式载人航天器常压热试验***中断面循环风场示意图，主要包括模拟室21、液氮喷淋单元管路入口22、气体处理单元23。其中，10组气体处理单元23均布在模拟室21顶部，工作时，气体处理单元23内部电加热器或液氮喷淋单元根据升降温需求工作，分机开启，气体处理单元23后进风、前出风，多组气体处理单元23协同，在模拟室21空间内形成断面循环流场。
图3为本发明***中气体处理单元的结构示意图，主要包括31电加热器、32液氮喷淋单元、33风机，气体处理单元作为相对独立的单元吊挂安装于试验***箱体顶板上。其中，电加热器位于气体处理单元回气一侧，液氮喷淋单元位于气体处理单元中间，风机位于气体处理单元排放风一侧。试验过程中，风机始终处于工作状态，电加热器和液氮喷淋单元则根据控制***的指令工作。
图4为本发明***中的移动式液氮除湿单元的结构示意图，主要包括41辅助循环风机，42液氮冷板、43液氮管路、44参数测量与控制模块，移动式除湿单元作为相对独立的单元放置于试验箱体底板上。其中，辅助循环风机位于液氮除湿单元顶部，液氮冷板位于液氮除湿单元中下部，液氮管路由液氮除湿单元外部穿入内部与液氮冷板相连接，参数测量与控制模块位于液氮除湿单元侧面。试验过程中，根据试验***湿度与目标湿度的差异开启液氮除湿单元，首先利用参数测量与控制模块开启辅助风机，由供液管路送入液氮，经液氮冷板放空，根据湿度环境要求控制液氮冷板表面温度，达到控制湿度的目标。
大型步入式载人航天器常压热试验***的使用过程如下：
在航天器在模拟室内安装完毕，关闭模拟室大门后，首先进行氮气除湿置换过程，即利用氮气管道将液氮汽化的高纯氮气输送至模拟室空间，经气体处理单元循环搅拌，当模拟室内表压大于100Pa时，启动排风风机。以此工作方式为主，保持氮气输送不间断，根据压力情况排风气体，实现置换过程，一般持续时间不小于4h，将试验空间内气体湿度降低至-50℃以下。然后开启液氮吸湿冷板供液阀门，使液氮吸湿冷板表面温度低于-150℃，吸附试验空间内部剩余水蒸汽。除湿过程完毕，此时试验空间内露点温度低于-70℃，不会再形成结霜结露现象。
除湿完成后，开展常压热试验流程，根据试验确定的试验工况温度，设备控制分***自动开启气体处理单元内电热器或液氮喷淋单元阀门，并加大气体处理单元循环风机频率，开始升温或降温；设备控制分***远程控制电加热器功率、液氮喷淋量以及风机运行频率，使经过升温或降温处理的循环气体进入试验空间，同时由温度测量分***检测模拟室空间以及航天器的温度，实现试验空间温度场的控制。模拟室空间温度到达相应温区和均匀性要求后，保持模拟室空间温度，航天器可根据需要开展各项性能指标测试。如此反复，根据航天器不同工况要求的温区范围开展试验空间升降温操作，按顺序完成相应工况条件下的测试。单个气体处理单元内加热器加热功率极值为100kW，液氮喷淋单元的制冷功率极值为128kW，液氮消耗量为50.4m3/h，可实现模拟室内5℃/min的升温速率和7℃/min的降温速率，最大温度可达120℃，最低温度可达-160℃，在多组大流量离心风机的驱动下，中心区域气体风速不小于0.5m/s，整个试验空间温度场的均匀性优于2℃。
最后是试验停机过程，通过气体处理单元控制模拟室空间温度至常温，待航天器温度到达常温后，静置均温。然后开启模拟室大门，开启循环风机，进行模拟室内外气体置换，使模拟室空间内氧浓度恢复至正常水平。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.用于载人航天器热循环试验的大型步入式常压热试验***，主要包括模拟室、气体处理分***、加热分***、制冷分***、除湿与换气分***、温度测量分***与设备控制分***，模拟室内配置有导轨和试验架车，用于将载人航天器直接推入常压热试验***；气体处理分***由多组分布式的气体处理单元构成，通过风机循环保证整个试验空间温度场均匀可控；加热分***由分散于气体处理单元内的多组电加热器组成，电加热器位于进风口一侧，用于整个试验空间升温；制冷分***由分散于气体处理单元内的多组液氮喷淋单元组成，液氮喷淋单元位于电加热器与风机之间，用于整个试验空间降温，除湿与换气***包括液氮吸湿冷板、氮气管道和排风风机，试验前通过长时间氮气置换和液氮吸湿冷板吸附，实现试验空间内部露点温度低于-70℃；温度测量分***由模拟室内多组空间温度场测温传感器和多组试件测温传感器、标准测温法兰、测量线路和控制器组成，实现试验件温度与模拟室空间温度场测量、监视与存储；设备控制分***利用上位机与PLC构成，控制电加热器输出功率、液氮喷淋量以及风机运行频率，实现试验空间温度场的控制。
2.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，模拟室的空间1000m3以上。
3.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，整个试验空间温度场的均匀性优于2℃。
4.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，整个试验空间升温到最高温度达120℃。
5.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，整个试验空间降温到最低实现-160℃。
6.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，模拟室顶部在长度方向均匀分布10组以上的气体处理单元，每组气体处理单元后进风、前出风，模拟室气体从进风口进入气体处理单元，经加热或降温处理后，再由高转速风机加速送出排风口，形成模拟室内的断面循环流场。
7.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，每组气体处理单元集成1组电加热器、1组液氮喷淋单元和2台离心风机。
8.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，电加热器采用镍铬合金加热丝作为发热器件，采用多层云母板作为加热丝中间的支撑，加热线使用高温导线与外部电路进行连接。
9.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，离心风机提供40000m3/h的流量，实现模拟室中心区域气体风速不小于0.5m/s，保证模拟室空间内的温度均匀性。
10.如权利要求1所述的大型步入式常压热试验***，其中，液氮吸湿冷板分***由供液储槽、胀板热沉和管路及仪器仪表构成，胀板热沉由不锈钢板水压膨胀制成，表面布置测温传感器，热沉进液管路连接供液储槽，排液管路连接室外放空，排液管路设置远程电控阀，根据热沉表面测温传感器温度情况控制开关。
CN201811241567.2A 2018-10-24 2018-10-24 大型步入式载人航天器的常压热试验*** Active CN109398769B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811241567.2A CN109398769B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 大型步入式载人航天器的常压热试验***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811241567.2A CN109398769B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 大型步入式载人航天器的常压热试验***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109398769A true CN109398769A (zh) 2019-03-01
CN109398769B CN109398769B (zh) 2020-02-18

Family

ID=65469463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811241567.2A Active CN109398769B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 大型步入式载人航天器的常压热试验***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109398769B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109977578A (zh) * 2019-04-03 2019-07-05 北京卫星环境工程研究所 大型板式热沉的cfd结构优化方法
CN110171583A (zh) * 2019-06-03 2019-08-27 北京卫星环境工程研究所 大型航天器常压热环境模拟设备气体处理装置
CN113405773A (zh) * 2021-06-02 2021-09-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种空间光学载荷出气试验装置及试验方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0254778A1 (en) * 1986-07-15 1988-02-03 Pittsburgh-Des Moines Corporation Liquid nitrogen distribution system
WO2001075841A1 (en) * 2000-03-22 2001-10-11 Chart, Inc. Novel space simulation chamber and method
CN101008651A (zh) * 2006-12-08 2007-08-01 北京航空航天大学 一种大型综合环境模拟试验装置
CN102765488A (zh) * 2012-08-01 2012-11-07 北京卫星环境工程研究所 载人航天器常压热试验***及方法
CN103287590A (zh) * 2013-05-07 2013-09-11 中国科学院力学研究所 一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置
CN103318427A (zh) * 2013-06-25 2013-09-25 上海宇航***工程研究所 一种空间环境模拟试验***
CN103830993A (zh) * 2012-11-21 2014-06-04 深圳清华大学研究院 环境试验机及其除湿装置及方法
CN106608377A (zh) * 2015-10-22 2017-05-03 北京卫星环境工程研究所 用于真空低温环境的数据采集***

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0254778A1 (en) * 1986-07-15 1988-02-03 Pittsburgh-Des Moines Corporation Liquid nitrogen distribution system
WO2001075841A1 (en) * 2000-03-22 2001-10-11 Chart, Inc. Novel space simulation chamber and method
CN101008651A (zh) * 2006-12-08 2007-08-01 北京航空航天大学 一种大型综合环境模拟试验装置
CN102765488A (zh) * 2012-08-01 2012-11-07 北京卫星环境工程研究所 载人航天器常压热试验***及方法
CN103830993A (zh) * 2012-11-21 2014-06-04 深圳清华大学研究院 环境试验机及其除湿装置及方法
CN103287590A (zh) * 2013-05-07 2013-09-11 中国科学院力学研究所 一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置
CN103318427A (zh) * 2013-06-25 2013-09-25 上海宇航***工程研究所 一种空间环境模拟试验***
CN106608377A (zh) * 2015-10-22 2017-05-03 北京卫星环境工程研究所 用于真空低温环境的数据采集***

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109977578A (zh) * 2019-04-03 2019-07-05 北京卫星环境工程研究所 大型板式热沉的cfd结构优化方法
CN109977578B (zh) * 2019-04-03 2020-02-14 北京卫星环境工程研究所 大型板式热沉的cfd结构优化方法
CN110171583A (zh) * 2019-06-03 2019-08-27 北京卫星环境工程研究所 大型航天器常压热环境模拟设备气体处理装置
CN113405773A (zh) * 2021-06-02 2021-09-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种空间光学载荷出气试验装置及试验方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109398769B (zh) 2020-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109398769A (zh) 大型步入式载人航天器的常压热试验***
US20200348278A1 (en) Simple chamber for formaldehyde or voc release test and pretreatment
CN103830993B (zh) 环境试验机及其除湿装置及方法
CN202921152U (zh) 环境试验机及其除湿装置
CN102937464B (zh) 一种矿井回风换热器性能检测试验***及其使用方法
CN106403204A (zh) 一种空调制冷量检测方法、***及空调器
CN109365010A (zh) 一种高低温湿热试验箱
CN206762902U (zh) 一种温度分布均匀的高低温试验箱
CN103063457A (zh) 整车空调***模拟试验方法
CN106525703A (zh) 混凝土耐久性试验装置
CN110488894A (zh) 一种空气温湿度测试装置及利用其进行温湿度控制的方法
KR20040044080A (ko) 공기조화기의 시험장치
CN108106983A (zh) 金属材料在大气腐蚀环境中使用寿命评估方法
CN113895650A (zh) 飞机试验双通道空气温湿度调节控制***及调节控制方法
CN108181345B (zh) 一种用于测试冷凝水形成的装置及方法
CN104132686B (zh) 一种由液体加热和恒温的温湿度检定箱
JP2011021899A (ja) ガス腐食試験装置
CN113607295A (zh) 一种低温空气温湿度测量及计算方法
CN209543728U (zh) 具有风控结构的气候仿真实验室
CN202928612U (zh) 一种矿井回风换热器性能检测试验***
CN210399387U (zh) 恒温恒湿实验环境换气***
CN108344554B (zh) 环境风洞湿度快速调节***及调节方法
CN2766232Y (zh) 一种综合型空调器试验室结构
CN203083832U (zh) 一种能量回收型全新风空气处理机组性能测试装置
CN206974868U (zh) 一种温湿度负载老化箱

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Wang Jing

Inventor after: Cai Qiang

Inventor after: Liu Guoqing

Inventor after: Xu Zhaowu

Inventor after: Su Xinming

Inventor after: Xie Jihui

Inventor after: Liu Chang

Inventor after: Qin Jiayong

Inventor after: Yang Xiaoning

Inventor after: Jie Zheng

Inventor before: Wang Jing

Inventor before: Xu Zhaowu

Inventor before: Su Xinming

Inventor before: Xie Jihui

Inventor before: Liu Chang

Inventor before: Qin Jiayong

Inventor before: Yang Xiaoning

Inventor before: Jie Zheng

Inventor before: Cai Qiang

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant