專利名稱：一種用于空間輻射制冷器的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間輻射制冷器，具體是指一種用于空間輻射制冷器的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
輻射制冷器的級(jí)間支撐導(dǎo)熱造成的熱負(fù)載是各級(jí)熱負(fù)載的重要組成部分，特別是一級(jí)、二級(jí)支撐導(dǎo)熱在總漏熱中所占比例較大，對(duì)輻射制冷器性能影響相當(dāng)大。減少輻射制冷器級(jí)間支撐導(dǎo)熱從而達(dá)到更優(yōu)性能，一直是輻射制冷器研究的熱門課題。因?yàn)檩椛渲评淦鞯膽?yīng)用場(chǎng)合是航天飛行器有效載荷儀器中的需在低溫工作的探測(cè)元件或光學(xué)系統(tǒng)等，輻射制冷器必須具有良好的力學(xué)性能，以滿足航天飛行器發(fā)射時(shí)苛刻的力學(xué)條件。不能滿足發(fā)射力學(xué)條件的輻射制冷器，不管其熱學(xué)性能如何優(yōu)良，都是無(wú)法應(yīng)用的。輻射制冷器為了保證良好的力學(xué)性能，必將以一定的熱損耗為代價(jià)，因?yàn)橹蔚牧W(xué)性能與導(dǎo)熱是相互矛盾的。支撐導(dǎo)熱與支撐截面積、支撐導(dǎo)熱系數(shù)呈正比，與支撐長(zhǎng)度呈反比，輻射制冷器要求級(jí)間支撐導(dǎo)熱小，希望支撐截面積小、支撐長(zhǎng)度長(zhǎng)、導(dǎo)熱系數(shù)低。良好的力學(xué)性能則要求支撐截面積大、支撐長(zhǎng)度短。常規(guī)金屬材料的強(qiáng)度較高，但導(dǎo)熱系數(shù)也大，因此大量的研究工作是尋找既具有較高強(qiáng)度又具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)的材料。
復(fù)合材料的進(jìn)展，特別是玻璃纖維增強(qiáng)樹脂材料的良好性能，在相當(dāng)程度上滿足了低熱導(dǎo)、高強(qiáng)度、質(zhì)量輕的要求。目前輻射制冷器采用的支撐大都為低熱導(dǎo)環(huán)氧玻璃鋼材料，但環(huán)氧玻璃鋼復(fù)合材料的性能與成型工藝關(guān)系很大，成型時(shí)固化溫度、時(shí)間、壓力直接影響玻璃鋼性能。
為了減小支撐系統(tǒng)的熱損耗，常用的管狀、杯狀支撐，這種結(jié)構(gòu)由于其軸向和徑向強(qiáng)度相差很大，而輻射制冷器的力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)要求支撐系統(tǒng)在X、Y、Z三方向同時(shí)滿足振動(dòng)、沖擊等，力學(xué)試驗(yàn)量級(jí)三方向一致，因此即使用復(fù)合材料還經(jīng)常發(fā)生懸臂粱剪切破壞。為保證支撐在三方向均具有足夠強(qiáng)度，滿足X、Y、Z三向振動(dòng)力學(xué)條件，必須采取必要的措施加強(qiáng)支撐徑向強(qiáng)度。
輻射制冷器的實(shí)際工作情況是飛行器發(fā)射時(shí)輻射制冷器不工作，也就是說(shuō)無(wú)級(jí)間導(dǎo)熱要求。輻射制冷器級(jí)間支撐低導(dǎo)熱的要求是在輻射制冷器正常工作狀態(tài)下才開始的，因此研制空間輻射制冷器級(jí)間支撐系統(tǒng)，使其在地面及發(fā)射過(guò)程中連接良好，具有相當(dāng)高的強(qiáng)度，在發(fā)射入軌開始制冷后輻射制冷器級(jí)間支撐與連接固定件脫離，形成熱開路，成為該領(lǐng)域科技人員研究的熱門課題。
目前國(guó)內(nèi)外科技人員為滿足上述要求主要采用以下兩種記憶合金級(jí)間支撐系統(tǒng)1.適用于V型輻射制冷器的銅鋅鋁記憶合金支撐，見(jiàn)H.R.schember，“Optimization of V-Groove radiator configuration”，AIAA-87-1506文獻(xiàn)。該支撐為桿狀結(jié)構(gòu)，共四根，呈十字架對(duì)稱分布，在輻射制冷器發(fā)射時(shí)，支撐桿從四個(gè)方向壓緊輻射制冷器的冷塊，保證力學(xué)強(qiáng)度和剛度。輻射制冷器降溫后，支撐桿恢復(fù)形變，產(chǎn)生2％的軸向位移，與冷塊脫離，變形溫度設(shè)計(jì)為-10℃。這種結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是四根銅鋅鋁記憶合金桿變形性能可能會(huì)不一致，從而影響整個(gè)支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2.采用彈簧偏置記憶合金板簧結(jié)構(gòu)的記憶合金支撐，見(jiàn)董德平，“新一代極軌氣象衛(wèi)星輻射制冷器的研究”中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所博士論文。該支撐利用NiTi記憶合金奧氏體相彈性模量比馬氏體相高3～4倍的特性，使得偏置彈簧在低溫下驅(qū)動(dòng)記憶合金板簧產(chǎn)生較大位移。這種結(jié)構(gòu)的記憶合金支撐的最大缺點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，同時(shí)需要較大的支撐安裝面，較適用于大型輻射制冷器，對(duì)中小型輻冷器不太適合，因此可移植性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種工作溫度小于負(fù)23℃，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可移植性強(qiáng)，適用于空間輻射制冷器用的級(jí)間復(fù)合支撐系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)包括常規(guī)的圓錐臺(tái)支撐體1，由支撐連接體2、記憶合金彈簧3、內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞4、偏置彈簧5及支撐端蓋6構(gòu)成的記憶合金支撐體，如圖1所示。
記憶合金支撐體的支撐連接體同軸固接在圓錐臺(tái)支撐體的圓錐臺(tái)面101下，支撐連接體下端有一倒置的支撐端蓋，二者在同一軸上，并有一間隙，支撐端蓋蓋體與圓錐臺(tái)支撐體外折腳102固接。支撐連接體內(nèi)置有記憶合金彈簧，支撐端蓋內(nèi)置有偏置彈簧，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞的上端與記憶合金彈簧連接，下端與偏置彈簧連接。
記憶合金支撐體也可以是支撐連接體內(nèi)置偏置彈簧3，支撐端蓋內(nèi)置記憶合金彈簧5，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞的上端與偏置彈簧連接，下端與記憶合金彈簧連接。也就是說(shuō)記憶合金彈簧的放置位置與偏置彈簧交換。
圓錐臺(tái)支撐體的作用1)在發(fā)射過(guò)程中，起著軸向支撐的作用；2)正常工作情況下，起到保證紅外焦平面的位置。
支撐連接體的作用1)提供與圓錐臺(tái)支撐體相連的上接口；2)為內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞提供工作路徑。
支撐端蓋的作用1)提供與圓錐臺(tái)支撐體相連的下接口；2)為運(yùn)動(dòng)活塞提供工作路徑。
內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞的作用1)通過(guò)上下運(yùn)動(dòng)，造成支撐連接體和支撐端蓋的“熱通路”、“熱開路”；2)發(fā)射過(guò)程中，提供較大的徑向支撐力。
記憶合金彈簧的作用感應(yīng)溫度，產(chǎn)生伸張力，使內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)。
偏置彈簧的作用與記憶合金彈簧相配合，產(chǎn)生回復(fù)力，使內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的支撐系統(tǒng)工作過(guò)程如下發(fā)射環(huán)境狀態(tài)由于記憶合金彈簧的記憶合金力的作用，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞處于支撐連接體和支撐端蓋之間，此時(shí)支撐連接體和支撐端蓋處于“熱通路”，并提供較大的徑向支撐力。
低溫工作狀態(tài)當(dāng)周圍環(huán)境溫度達(dá)到273K時(shí)，記憶合金彈簧開始軟化，其力無(wú)法克服偏置彈簧的回復(fù)力；偏置彈簧帶動(dòng)內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)溫度達(dá)到250K時(shí)，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞上端面與支撐連接體脫離，而完全進(jìn)入支撐端蓋，此時(shí)支撐連接體和支撐端蓋處于“熱開路”，整個(gè)焦平面的位置由圓錐臺(tái)支撐體保證，如圖2所示。
本發(fā)明的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)
1.外觀精巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、適用于各種輻射制冷器。
2.能較大幅度的減少正常工作時(shí)由于支撐導(dǎo)熱造成的熱負(fù)載，同時(shí)為處于發(fā)射過(guò)程的支撐系統(tǒng)提供較大的徑向支撐力，盡可能防止支撐斷裂的發(fā)生。


圖1為本發(fā)明的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為支撐連接體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為支撐端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圓錐臺(tái)支撐體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
見(jiàn)圖1，本發(fā)明的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)包括圓錐臺(tái)支撐體1、支撐連接體2、記憶合金彈簧3、內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞4、偏置彈簧5及支撐端蓋6。首先把記憶合金彈簧3及偏置彈簧5的一端分別穿入內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞4兩端的徑向通孔401內(nèi)，而記憶合金彈簧3的另一端穿入支撐連接體2的徑向通孔201內(nèi)，偏置彈簧5的另一端穿入支撐端蓋6的徑向通孔601內(nèi)，使內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞4的上半部置于支撐連接體2的下端內(nèi)，下半部置于支撐端蓋6的上端內(nèi)，兩者為緊密配合。支撐連接體2和支撐端蓋6之間間隙為0.5-1.0mm。再通過(guò)螺釘把支撐端蓋蓋體601與圓錐臺(tái)支撐體外折腳102螺接，支撐連接體2的上端和圓錐臺(tái)支撐體1的圓錐臺(tái)面101及冷塊7螺接，支撐端蓋6與冷塊8螺接。
本發(fā)明中我們使用了兩種彈簧，通過(guò)計(jì)算，使它們之間匹配運(yùn)動(dòng)，當(dāng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，偏置彈簧處于最大收縮狀態(tài)；正常工作時(shí)，偏置彈簧回到正常狀態(tài)。彈簧的運(yùn)動(dòng)距離必須確保內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞上端面能完全脫離支撐連接體，而完全進(jìn)入支撐端蓋。
記憶合金材料的4個(gè)溫度指標(biāo)Ms稱為馬氏體開始溫度，Mf稱為馬氏體相變終止溫度，As稱為馬氏體逆相變開始溫度，Af稱為馬氏體逆向變的終止溫度。Ms、Mf、As、Af對(duì)記憶合金的應(yīng)用十分重要。根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用的實(shí)際情況，用于支撐系統(tǒng)的形狀記憶合金馬氏體向母相轉(zhuǎn)變終止溫度Af要求等于或低于發(fā)射環(huán)境溫度，Mf高于輻冷器各級(jí)正常工作時(shí)記憶合金使用溫度。只有滿足上述溫度條件，記憶合金在發(fā)射環(huán)境溫度下處在母相，當(dāng)輻冷器開始工作后，開始馬氏體相變轉(zhuǎn)變，在輻冷器各級(jí)正常工作時(shí)，記憶合金處于安全馬氏體狀態(tài)。本發(fā)明選用NiTi記憶合金作為首選材料，NiTi形狀記憶合金性能穩(wěn)定，可逆應(yīng)變大，循環(huán)次數(shù)對(duì)記憶性能衰退的影響較小，實(shí)際應(yīng)用十分有利。本發(fā)明中記憶合金材料的相變溫度為As＞260K，Af＜283K，Ms＜293K，Mf＞250K。
本發(fā)明中的偏置彈簧采用不銹鋼材料，圓錐臺(tái)支撐體采用環(huán)氧玻璃鋼，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞、支撐連接體及支撐端蓋均采用鈦合金。
權(quán)利要求
1.一種用于空間輻射制冷器的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)，包括常規(guī)的圓錐臺(tái)支撐體(1)、其特征在于在常規(guī)的圓錐臺(tái)支撐體(1)內(nèi)置有由支撐連接體(2)、記憶合金彈簧(3)、內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞(4)、偏置彈簧(5)及支撐端蓋(6)構(gòu)成的記憶合金支撐體；記憶合金支撐體的支撐連接體(2)同軸固接在圓錐臺(tái)支撐體(1)的圓錐臺(tái)面(101)下，支撐連接體下端有一倒置的支撐端蓋(6)，二者在同一軸上，并有一間隙，支撐端蓋蓋體(601)與圓錐臺(tái)支撐體外折腳(102)固接；支撐連接體(2)內(nèi)置有記憶合金彈簧(3)，支撐端蓋(6)內(nèi)置有偏置彈簧(5)，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞(4)的上端與記憶合金彈簧連接，下端與偏置彈簧連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于空間輻射制冷器的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)，其特征在于所說(shuō)的支撐連接體(2)和支撐端蓋(6)之間間隙為0.5-1.0mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于空間輻射制冷器的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)，其特征在于所說(shuō)的記憶合金彈簧(3)材料為NiTi記憶合金，偏置彈簧(5)采用不銹鋼材料，圓錐臺(tái)支撐體(1)采用環(huán)氧玻璃鋼，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞(4)、支撐連接體(2)及支撐端蓋(6)均采用鈦合金。
4.一種用于空間輻射制冷器的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)，包括常規(guī)的圓錐臺(tái)支撐體(1)、其特征在于在常規(guī)的圓錐臺(tái)支撐體(1)內(nèi)置有由支撐連接體(2)、偏置彈簧(3)、內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞(4)、記憶合金彈簧(5)及支撐端蓋(6)構(gòu)成的記憶合金支撐體；記憶合金支撐體的支撐連接體(2)同軸固接在圓錐臺(tái)支撐體(1)的圓錐臺(tái)面(101)下，支撐連接體下端有一倒置的支撐端蓋(6)，二者在同一軸上，并有一間隙，支撐端蓋蓋體(601)與圓錐臺(tái)支撐體外折腳(102)固接；支撐連接體(2)內(nèi)置有偏置彈簧(3)，支撐端蓋(6)內(nèi)置有記憶合金彈簧(5)，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞(4)的上端與偏置彈簧(3)連接，下端與記憶合金彈簧(5)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一種用于空間輻射制冷器的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)，其特征在于所說(shuō)的支撐連接體(2)和支撐端蓋(6)之間間隙為0.5-1.0mm。
全文摘要
本發(fā)明的一種用于空間輻射制冷器的復(fù)合級(jí)間支撐系統(tǒng)，該支撐系統(tǒng)是在常規(guī)的圓錐臺(tái)支撐體內(nèi)增加一個(gè)記憶合金支撐體，構(gòu)成一個(gè)復(fù)合級(jí)間支撐。記憶合金支撐體由支撐連接體、記憶合金彈簧、支撐端蓋、偏置彈簧和內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞組成。圓錐臺(tái)支撐體的作用在發(fā)射過(guò)程中，起著軸向支撐的作用；正常工作情況下，起到保證紅外焦平面的位置。內(nèi)置運(yùn)動(dòng)活塞的運(yùn)動(dòng)由記憶合金彈簧控制，使記憶合金支撐體在“熱通路”和“熱開路”之間轉(zhuǎn)換，當(dāng)“熱通路”時(shí)，也即發(fā)射過(guò)程中，支撐系統(tǒng)提供較大的徑向支撐力，“熱開路”時(shí)，使空間輻射制冷器的熱損耗達(dá)到最低。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是外觀精巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、適用于各種空間輻射制冷器。
文檔編號(hào)F28F9/26GK1529114SQ0315141
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者尤建鋼, 董德平, 王維揚(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所