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一种易随形空间热防护组件及防护方法

阅读：870发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种易随形空间热防护组件及防护方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种易随形空间热防护组件及防护方法，包括不锈钢箔外表面膜、反射屏镍箔和间隔层透过率大于90％的不锈钢金属网，其中最外层不锈钢箔为带化学转化涂层钝化后的不锈钢箔，一层反射屏镍箔和一层金属网构成一个单元，最内层为使用镍箔。上述不锈钢箔、反射屏镍箔、间隔层金属网及内层镍箔从上至下依次叠放，使用退火不锈钢丝缝制为整体。本发明采用金属网作为间隔层代替传统的纤维布致密材料，减轻了热防护组件重量，利用金属网优异的折叠性能，从而使热防护组件具有易随形实施性能，同时采用金属网降低了屏蔽层与间隔层的接触面积，降低了热防护组件在压紧状态下接触传热系数，提高热防护组件隔热性能。，下面是一种易随形空间热防护组件及防护方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种易随形空间热防护组件，其特征在于，包括：由内至外依次设置的内表面膜(4)、夹芯层和外表面膜(1)；所述内表面膜(4)、夹芯层和外表面膜(1)之间通过不锈钢丝缝制固定为一体，所述缝制针孔均布，两相邻针孔间距的取值范围为30mm～50mm；
夹芯层包括：由内至外依次设置的间隔层(3)和反射屏(2)；
所述内表面膜(4)选用镍箔实现；
所述外表面膜(1)选用不锈钢薄膜层；
所述间隔层(3)选用不锈钢金属网，所述不锈钢金属网的孔隙率大于90％，所述间隔层(3)的厚度取值范围为50微米～100微米；
所述反射屏(2)选用镍箔实现，所述反射屏(2)厚度的取值范围为10微米～30微米；
内表面膜(4)和外表面膜(1)之间设置有多个夹芯层。
2.根据权利要求1所述的易随形空间热防护组件，其特征在于，热防护组件有效发射率εeff与夹芯数N存在下列比例关系：
a＝0.16678+0.00882·h
b＝1.8584-0.02177·h
c＝0.00805+1.49152×10-4·h
其中，N∈[2，8]，h为接触传热系数。
3.根据权利要求2所述的的易随形空间热防护组件，其特征在于，所述h的取值范围为1～10。
4.根据权利要求1所述的易随形空间热防护组件，其特征在于，所述夹芯层层数N优选的取值范围为2～8层。
5.一种利用如权利要求1所述的一种易随形空间热防护组件进行空间设备热防护的方法，其特征在于，具体为：
1)根据待防护设备的外形及防护区域要求，通过剪裁获得形状对应的热防护组件；
2)将热防护组件包裹在待防护设备的外表面，使内表面膜(4)一侧朝向所述待防护设备；
3)通过捆绑或者销钉固定将热防护组件与待防护设备连接。

说明书全文

一种易随形空间热防护组件及防护方法

技术领域

[0001] 本发明一种易随形空间热防护组件及防护方法，属于热防护领域，特别是一种应用于空间的易随形热防护组件。

背景技术

[0002] 空间热防护是航天器热控的关键技术，随着空间高收纳比的大型天线、射电望远镜等空间结构对可展开桁架部件尺寸精细化要求越来越高，对热防护组件重量、易随形安装均提出了严格要求。目前卫星热防护结构中采用致密的玻璃纤维布作为间隔材料，受限于纤维布为脆性材料，其重量较重，且难以进行较小半径弯曲和直角、锐角折叠，因此无法满足航天器易随形热防护设计的要求。

发明内容

[0003] 本发明解决的技术问题是：提出了一种易随形空间热防护组件及防护方法，创造性的采用透过率大于90％的不锈钢金属网作为热防护组件的间隔层，利用金属网可多次弯折性能，使得热防护组件具备易随形实施性能，满足空间精密结构或机构对于热防护组件精细化设计、实施要求。同时使用金属网也减轻了热防护组件重量，减小了间隔层与反射屏接触面积，热防护性能优异。

[0004] 为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

[0005] 一种易随形空间热防护组件，包括：由内至外依次设置的内表面膜、夹芯层和外表面膜；所述内表面膜、夹芯层和外表面膜之间通过不锈钢丝缝制固定为一体，所述缝制针孔均布，两相邻针孔间距的取值范围为30mm～50mm；

[0006] 夹芯层包括：由内至外依次设置的间隔层和反射屏；

[0007] 所述内表面膜选用镍箔实现；

[0008] 所述外表面膜选用不锈钢薄膜层；

[0009] 所述间隔层选用不锈钢金属网，所述不锈钢金属网的孔隙率大于90％，所述间隔层的厚度取值范围为50微米～100微米；

[0010] 所述反射屏选用镍箔实现，所述反射屏厚度的取值范围为10微米～30微米；

[0011] 内表面膜和外表面膜之间设置有多个夹芯层。

[0012] 一种利用上述的一种易随形空间热防护组件进行空间设备热防护的方法，具体为：

[0013] 1)根据待防护设备的外形及防护区域要求，通过剪裁获得形状对应的热防护组件；

[0014] 2)将热防护组件包裹在待防护设备的外表面，使内表面膜一侧朝向所述待防护设备；

[0015] 3)通过捆绑或者销钉固定将热防护组件与待防护设备连接。

[0016] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0017] 1)本发明通过采用透过率大于90％的不锈钢金属网取代了传统致密脆性纤维布，使得热防护组件具备易随形特性，能够满足航天器精密部件对于让防护组件精细化实施要求，降低了热防护组件的弯曲半径，可直角、锐角弯折预成型。

[0018] 2)本发明采用透过率大于90％不锈钢金属网做间隔层，减小了反射屏和间隔层之间的接触面积，使得热防护组件在易随形实施中有效的增大了接触热阻，其热防护性能得到提升。

[0019] 3)本发明采用透过率大于90％不锈钢金属网做间隔层，极大地减轻了热防护组件的重量。附图说明

[0020] 图1为本发明具有易随形的空间热防护组件结构示意；

[0021] 图2为本发明推荐使用的夹芯数量与热流密度的关系曲线；

[0022] 图3本发明对空间圆柱形部件防护示意图；

[0023] 图4本发明对空间直角、锐角部件防示意图；

[0024] 图5热防护组件隔热性能随压紧状态的变化曲线；

[0025] 图6为本发明实际减重效果示意图。

具体实施方式

[0026] 如图1所示，本发明一种易随形空间热防护组件，包括：由内至外依次设置的内表面膜4、夹芯层和外表面膜1；所述内表面膜4、夹芯层和外表面膜1之间通过退火处理的不锈钢丝缝制固定为一体，所述缝制针孔均布，两相邻针孔间距的取值范围为30mm～50mm。夹芯层包括：由内至外依次设置的间隔层3和反射屏2。

[0027] 所述内表面膜4选用镍箔实现；所述外表面膜1选用不锈钢薄膜层；所述间隔层3选用不锈钢金属网，所述不锈钢金属网的孔隙率大于90％，所述间隔层3的厚度取值范围为50微米～100微米；所述反射屏2选用镍箔实现，所述反射屏2厚度的取值范围为10微米～30微米。

[0028] 内表面膜4和外表面膜1之间设置有多个夹芯层。夹芯层层数N优选的取值范围为2～8层。

[0029] 结合被防护体温控需要，使用有效发射率模型通过空间环境下辐射传热计算，来选择合适的层数。本发明的热防护组件有效发射率εeff与夹芯数N存在下列比例关系：

[0030]

[0031] a＝0.16678+0.00882·h

[0032] b＝1.8584-0.02177·h

[0033] c＝0.00805+1.49152×10-4·h

[0034] 其中，N∈[2，8]，h为接触传热系数，h根据热防护组件层与层之间的压紧程度确定，随着层与层之间的压紧力增大，h也随之变大，h单位为W/m2·K，所述h的取值范围为1～10。可根据被防护区域热流密度大小，使用本发明提出的公式计算有效发射率εeff，代入商用航天器空间辐射热分析软件TMG或者TD设计单元数量，以达到最优热防护效果。以地球同步轨道航天器部件热防护为例，当外表面受高密度热流及太阳辐照加热，背面对冷空的情况下，防护组件内表面温度要求＜150℃为例，热流密度和推荐使用的最佳夹芯数量见图2所示。当热流密度在3～4kW/m2时，推荐使用夹芯数为2层；当热流密度在4～7kW/m2时，推荐使用夹芯数为3层；当热流密度在7～11.5kW/m2时，推荐使用夹芯数为4层；当热流密度在
11.5～18.4kW/m2时，推荐使用夹芯数为5层；当热流密度在18.4～28.4kW/m2时，推荐使用夹芯数为6层；当热流密度在28.4～43.6kW/m2时，推荐使用夹芯数为7层；当热流密度在43.6～66.6kW/m2时，推荐使用夹芯数为8层。

[0035] 本发明一种空间设备热防护的方法，具体为：

[0036] 1)根据待防护设备的外形及防护区域要求，通过剪裁获得形状对应的热防护组件；

[0037] 2)将热防护组件包裹在待防护设备的外表面，使内表面膜4一侧朝向所述待防护设备；

[0038] 3)通过捆绑或者销钉固定将热防护组件与待防护设备连接。

[0039] 本发明的工作原理：利用带转化涂层的不锈钢箔作为外表面膜1具有高红外发射率的特性，提高其对空间环境辐射热量从而降低表面膜的温度。采用低红外发射率的镍箔、金属网，逐渐减小辐射热流密度从而起到热防护效果。

[0040] 本发明热防护组件的外表面膜1及反射屏2均为金属箔，且不锈钢金属网具有高达300次的弯折性能，因此本发明的热防护组件具备良好的剪裁、折叠性能，可进行直角、锐角成型能力，以常见的圆柱体和截面为直角三角形的棱柱体为例，当对此类空间产品进行热防护后的外形尺寸有着严格要求情况下，可以通过机械加压的方式对防护组件进行预成型，之后对被防护产品进行局部或整体包覆，采用不锈钢丝或不锈钢销钉固定在产品上，见图3、图4所示。

[0041] 在对实施热防护组件后的产品有着严格尺寸要求的情况下，防护组件通常处于压紧状态，而得益于金属网透过率大于90％，与传统致密的纤维材料做间隔层3相比，本发明中间隔层3和反射屏2的接触传热系数仅为致密纤维防护组件的10％。以夹芯数2为例，共6层材料，在压紧条件下接触传热系数为10W/m2·K时，当防护组件外部接收到4kW/m2热流密度，使用金属网做间隔层3和使用玻璃纤维做间隔层3，热防护组件的内层温度分别为147℃和234℃。图5给出了随着层与层之间接触热阻变化，使用不锈钢金属网做间隔层3和使用致密玻璃纤维布做间隔层3时，热防护组件最内层温度变化曲线。可见当热防护组件使用不锈钢金属网做间隔层3，随着压紧力的增大热防护组件变得紧密时，其隔热性能均优于致密的玻璃纤维布。

[0042] 使用透过率大于90％，面密度为30g/m2的金属网作为间隔层3材料，相较于玻璃纤2
维布(BWT100-82)87g/m 重量较轻，随着多层层数增加，其轻质的优势更加显著，见图6所示，随着层数增加，减重比例从7.7％升高至20％。

[0043] 本发明说明书中其他未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

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