一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置 |
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| 申请号 | CN202111626860.2 | 申请日 | 2021-12-28 | 公开(公告)号 | CN114509851B | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 北京空间机电研究所; | 发明人 | 赵慧; 于峰; 赵振明; 赵宇; 靳利锋; 高娟; 宋欣阳; 鲁盼; 孔庆乐; 连新昊; 阳明; 夏晨辉; 张煚; 冯磊; 孙文涛; | ||||
| 摘要 | 本 申请 涉及 散热 结构的技术领域，公开了一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型 辐射 冷屏装置，包括在前镜筒内侧依次设置的内多层 隔热 组件、用于隔绝热流扰动的内热罩，以及设置于前镜筒外侧且用于隔绝热流扰动的外热罩，外热罩外包覆外多层隔热组件，减少外部环境的漏热，外热罩设置有用于排散热量的散热装置，散热装置包括 热管 和散热面，热管表贴在外热罩外表面，热管与散热面连通，用于外热罩 温度 均匀和热量排散，外热罩、内热罩和前镜筒均设置有控温回路，达到了对大口径光学遥感器入光口热量的高效率散热并能够保持其温度稳定，实现前镜筒精密控温的作用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置，其特征在于：包括在前镜筒(1)内侧依次设置的多层内隔热组件(2)、用于隔绝热流扰动的内热罩(3)，以及设置于前镜筒(1)外侧且用于隔绝热流扰动的外热罩(4)，外热罩(4)设置有用于排散热量的散热装置，外热罩(4)、内热罩(3)和前镜筒(1)均设置有控温回路； |
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| 说明书全文 | 一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置技术领域[0001] 本申请涉及散热结构的技术领域，特别是一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置。 背景技术[0002] 光学遥感器的外热流随着轨道与姿态的变化复杂多变，当入光口外热流较大时，入光口吸收的热量会大于排散的热量，使得热量不断累积，遥感器温度不稳定，影响光学组件的成像质量，因此光学组件需要通过散热保证各组件在正常温度工作。大口径光学遥感器因为口径较大，受外热流的影响更剧烈，对散热的需求更加强烈。 [0003] 传统散热常采用槽道热管将热量传递至冷源进行排散，缺点如下：一、适用于点热源热量的排散，不利于大面积热量的排散；二、热量集中在复杂构型的光学组件上，热管受转弯布局与光路的限制，无法与热源接触，布局难度大，延程热阻大，效率低；三、热管与热源接触面积小，换热效率低；四、热管若直接连接光学组件与散热面，刚性连接无法实现力学解耦，会传递振动，结构应力大，影响使用寿命与成像质量；五、大功率传热需要大尺寸的槽道热管，对安装空间要求高，不可用于小面积尺寸的大热量排散。 [0005] 为了克服现有技术的不足，提出一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置，针对入光口外热流较大的轨道，可解决由于入光口外热流较大导致的入光口吸收的热量大于排散的热量而导致的热量累积温度不稳定的问题。 [0006] 本申请采用如下的技术方案： [0007] 一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置，包括在前镜筒内侧依次设置的多层内隔热组件、用于隔绝热流扰动的内热罩，以及设置于前镜筒外侧且用于隔绝热流扰动的外热罩，外热罩设置有用于排散热量的散热装置，散热装置包括热管和散热面，热管表贴在嵌设于外热罩外表面，热管与散热面连通用于热量排散，外热罩、内热罩和前镜筒均设置有控温回路，内热罩和外热罩上控温回路的控温阈值低于前镜筒上控温回路的控温阈值。。 [0008] 通过上述技术方案，内热罩可减少对外热流热量吸收，并通过外热罩散热，可实现入光口热量的高效率排散，保证前镜筒的温度稳定，实现前镜筒精密控温；外热罩通过热管的布置可实现均温，有利于大口径光学遥感器前镜筒的均温，保证光学遥感器关键组件温度稳定性，提高成像质量。本发明可实现入光口散热，前镜筒的控温与均温，热管在高效控温的同时可保证与散热面的力学解耦，提高光学遥感器的使用寿命与成像质量。 [0009] 内热罩与前镜筒之间的内隔热组件能够减少辐射至前镜筒的热量。 [0010] 具体的，所述内热罩和外热罩可以为能够隔绝热流直接辐射导致扰动的任何材质，比如可以为薄壁凯夫拉材料等。 [0011] 在上述的控温型辐射冷屏装置中，所述前镜筒、内热罩之间设有间隙，保持隔热组件蓬松，减少热量传递，外热罩与前镜筒之间设有间隙，保持辐射散热关系。 [0012] 在上述的控温型辐射冷屏装置中，所述散热装置包括热管和散热面，热管表贴在外热罩外表面，热管与散热面连通。 [0013] 外热罩通过热管与散热面连接，作为辐射冷屏，为前镜筒排散热量；热管随前镜筒外热罩形状布置，热量收集的同时可实现均温作用。 [0014] 具体的，所述热管可以在外热罩表面任意分布。比如：热管在外热罩表面绕外热罩的周向进行盘绕分布，且相邻两圈的热管在外热罩表面的盘绕方向相反。 [0015] 在上述的控温型辐射冷屏装置中，所述外热罩背离前镜筒的一侧包覆有多层外隔热组件。 [0016] 外隔热组件的设置减少了外部环境向前镜筒的漏热。 [0017] 在上述的控温型辐射冷屏装置中，所述控温回路包括加热片，加热片粘贴于外热罩、内热罩、前镜筒的表面。 [0018] 具体的，加热片也可以设置于外热罩、内热罩、前镜筒的内表面或外表面。 [0019] 外热罩、内热罩、前镜筒的外表面为背离其轴线的一侧，外热罩、内热罩、前镜筒的内表面为朝向其轴线的一侧。 [0020] 在上述的控温型辐射冷屏装置中，所述内热罩和外热罩上控温回路的控温阈值低于前镜筒上控温回路的控温阈值。 [0021] 内热罩和外热罩控温阈值与前镜筒控温阈值的设定，更有利于前镜筒主动控温回路保持前镜筒温度稳定。 [0022] 综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果： [0023] (1)本发明的辐射冷屏装置，针对入光口外热流较大的轨道，可解决由于入光口外热流较大导致的入光口吸收的热量大于排散的热量而导致的热量累积温度不稳定的问题； [0024] (2)设置内热罩可减少对外热流热量吸收，并通过外热罩散热，可实现入光口热量的高效率排散，保证前镜筒的温度稳定，实现前镜筒精密控温； [0025] (3)外热罩通过热管布置可实现均温，有利于大口径光学遥感器前镜筒的均温，保证光学遥感器关键组件温度稳定性，提高成像质量； [0026] (4)本发明可实现入光口散热，前镜筒的控温与均温，热管在高效控温的同时可保证与散热面的力学解耦，提高光学遥感器的使用寿命与成像质量。 [0028] 图1本发明具体实施方式的装置原理示意图； [0029] 图2本发明实际应用示例热管设计； [0030] 图3本发明实际应用示例控温结果。 [0031] 附图标记说明：1、前镜筒；2、内隔热组件；3、内热罩；4、外热罩；5、外隔热组件；6、热管；7、散热面。 具体实施方式[0032] 下面结合附图1‑3和具体实施例对本申请作进一步详细的描述： [0033] 本发明公开了一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置，可用于大口径光学遥感器入光口热量的排散与前镜筒温度控制。 [0034] 参照图1，一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置包括在前镜筒1内侧依次设置的多层内隔热组件2、用于隔绝热流扰动的内热罩3，以及设置于前镜筒1外侧且用于隔绝热流扰动的外热罩4，外热罩4设置有外隔热组件5，外隔热组件5包覆在前镜筒外热罩4背离前镜筒1一侧，减少外部环境的漏热，前镜筒1、内热罩3之间设有间隙，保持隔热组件蓬松，外热罩4与前镜筒1之间设有间隙，保证辐射降温关系，外热罩4设置有用于排散热量的散热装置，散热装置包括热管6和散热面7，热管6嵌设于外热罩4，热管6与散热面7连通，用于热量的排散，外热罩4、内热罩3和前镜筒1均设置有控温回路，内热罩3和外热罩4上控温回路的控温阈值低于前镜筒1上控温回路的控温阈值 [0035] 应用实例： [0036] 下面结合某超低高度轨道太阳同步轨道大口径光学遥感器实例对本发明做详细说明，所属实例遥感器主要结构为透射式光学系统、无遮光罩，遥感器为可见光相机，要求光学系统前镜筒1温度水平20±2℃，稳定度±0.4℃。 [0037] (1)外热流分析 [0038] 通过超低轨道太阳同步轨道入光口外热流分析，结果如表1所示，由于超低轨轨道高度较低的特殊性，入光口地球反照及地球红外的外热流增大，存在入光口吸收外热流(386W/m2)大于排散外热流(355W/m2)的情况，因此需要对入光口多余的热量12W进行排散，才能保证前镜筒1温度的稳定，否则前镜筒1温度会不断上升，影响光学成像。需要使用本发明一种大口径光学遥感器入光口散热用控温型辐射冷屏装置，用于入光口热量的排散与前镜筒1温度控制。 [0039] 表1–Z超低轨道太阳同步轨道入光口外热流分析 [0040] [0041] (2)前镜筒1内热罩3热控设计 [0042] 结构设计中在前镜筒1内侧增加薄壁凯夫拉材料圆筒作为前镜筒1内热罩3，前镜筒1内侧与内热罩3之间设置15单元多层隔热组件作为内隔热组件2，内隔热组件2的最外层为双面镀铝聚酯膜，以减小空间外热流对前镜筒1的影响；前镜筒1内侧表面粘贴加热片进行主动控温，内热罩3外侧表面粘贴加热片进行主动控温。 [0043] (3)前镜筒1外热罩4热控设计 [0044] 前镜筒1外侧根据结构设计薄壁凯夫拉材料圆筒作为前镜筒1外热罩4，外热罩4外设置有散热装置，散热装置包括热管6和热管6和散热面7，热管6嵌设于外热罩4，热管6与散热面7连通，外热罩4通过热管6与散热面7连接，作为辐射冷屏，外热罩4外表面包覆20单元多层隔热组件，外热罩4外表面粘贴加热片进行主动控温。 [0045] (4)热管6设计 [0046] 如图2所示在前镜筒1外侧的外热罩4随形布置热管6，热管6绕外热罩4周向盘绕设置，且相邻两圈的热管6盘绕方向相反，热管6将热量传导至散热面7，保证入光口外热流的排散，同时可为外热罩4均温，提高结构的均温性。 [0047] (5)主动控温回路设计 [0048] 根据实际漏热量及控温需求，设计各主动控温回路布局、功耗和控温阈值，保证光学组件的温度水平。前镜筒1内热罩3布置4个加热回路，各补偿功耗15W，控温阈值设计15～15.4℃；前镜筒1外热罩4布置2个加热回路，各补偿功耗5W，控温阈值设计15.8～16.2℃；前镜筒1布置8个加热回路，各补偿功耗2W，控温阈值设计20～20.4℃。 [0049] 图3为光学系统的控温结果，结果表明，光学系统温度可控温度水平20±2℃，稳定度±0.4℃范围内。 [0050] 实现了大口径光学遥感器前镜筒1的高效率散热并保持其温度稳定性。 [0052] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。 |
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