一種模塊化複合型高能武器散熱系統及其控制方法與流程

2023-06-12 21:12:51

技術領域：

本發明涉及一種模塊化複合型高能武器散熱系統及其控制方法，適用於機載、星載、艦載、車載等平臺高能雷射設備散熱，屬於設備熱管理及環控領域。

背景技術：
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近年來，高能雷射武器作為下一代新型武器得到快速發展。研究表明，高能武器將電能轉化為雷射的效率僅為10％～15％，導致執行任務時熱流密度高達100～800w/cm2，且間歇脈衝型工作，負荷波動極大，給散熱系統提出了很大的挑戰。此外，高能武器可能在機載、星載、艦載和車載等各種平臺工作，各種平臺下散熱條件和重力條件等環境條件差異顯著。傳統的高能武器散熱系統的都依靠外部製冷，針對於某一種平臺單獨設計，嚴重製約了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

針對現有技術的不足，本發明擬提出一種模塊化複合型高能武器散熱系統及其控制方法，可在各種冷卻條件和重力條件下可靠高效工作，當冷卻水溫較低且高能武器負荷較小時，機組工作於動力熱管模式(微重力或過載下都可正常工作)，保障系統節能運行；當冷卻水溫較高且高能武器負荷較大時，系統工作於蒸氣壓縮製冷模式下，保障系統安全可靠。同時，由於共享換熱器，該系統佔地空間小、重量輕、控制簡便。該系統可在機載、星載、艦載和車載等各種平臺高效可靠工作，極大提高了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

技術實現要素：
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本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種模塊化複合型高能武器散熱系統及其控制方法。採用可調壓比和轉速的微型無油變頻壓縮機當作動力源，且實現「一機兩用」：當冷卻流體溫度較高且高能武器負荷較大時，壓縮機高速高壓運轉，節流裝置工作，運行於蒸氣壓縮製冷模式，保障散熱安全可靠；當冷卻流體溫度較低且高能武器負荷較小時，壓縮機低速低壓運轉，節流裝置被旁通，運行於動力熱管循環模式，此時壓縮機僅驅動工質循環，並不建立壓差，耗電量極低，保障系統節能運行。。

本發明採用如下技術方案：一種模塊化複合型高能武器散熱系統，由高能武器艙和散熱設備艙組成；所述高能武器艙內設置高能武器以及蒸發器，在高能武器以及蒸發器的周邊填充有相變材料；所述散熱設備艙內設置壓縮機、冷凝器、節流支路、旁通支路、控制器、冷凝器流體進口和冷凝器流體出口；所述蒸發器通過製冷劑管路依次與壓縮機、冷凝器和節流支路連接，節流支路和旁通支路並聯設置，節流支路上設置節流裝置，旁通支路上設置旁通閥。

進一步地，所述壓縮機為壓比和轉速可調的微型無油變頻壓縮機。

進一步地，所述相變材料為直接接觸式相變材料。

進一步地，所述冷凝器的冷卻流體為水、空氣或者油。

本發明還採用如下技術方案：一種模塊化複合型高能武器散熱系統的控制方法，控制器採集高能武器周邊溫度後控制壓縮機、節流裝置和旁通閥，在不同的冷卻流體和高能武器負荷情況下，根據高能武器周邊溫度，該系統實現兩種工作模式：

(a)當高能武器負荷較大或冷卻流體溫度較高，表面溫度t>a時，其中a為系統的預設溫度值，控制器控制壓縮機高速、高壓比運轉，節流裝置工作，旁通閥關閉，蒸發器、壓縮機、冷凝器和節流支路構成蒸氣壓縮製冷循環；

(b)當高能武器負荷較小且冷卻流體溫度較低，表面溫度ta時，其中a為系統的預設溫度值，控制器6控制壓縮機7高速、高壓比運轉，節流裝置11工作，旁通閥12關閉，蒸發器5、壓縮機7、冷凝器8和節流支路9構成蒸氣壓縮製冷循環；

(b)當高能武器3負荷較小且冷卻流體溫度較低，表面溫度t<a時，其中a為系統的預設溫度值，控制器6控制壓縮機7低壓低速運轉，旁通閥12打開，節流裝置11關閉，蒸發器5、壓縮機7、冷凝器8和旁通支路10構成動力驅動熱管循環。

上述方案中相變材料4為直接接觸式相變材料，冷凝器8的冷卻流體為水、空氣、油等流體。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護範圍。