多功能複合太空飛行器電子學箱體的製作方法

2023-11-03 03:05:07 1

本實用新型屬於航天電子設備技術領域，具體涉及一種多功能複合太空飛行器電子學箱體。

背景技術：

太空飛行器在太空運行過程中，電子設備暴露在惡劣的空間環境中，除要承受高真空、微重力狀態外，還要求能夠適應陽照區的高溫和陰影區的低溫外界環境的變化以及電子學設備加斷電帶來的內部熱負荷的變化。隨著離開地球表面高度的增加，大氣壓力降低，逐漸達到極高的真空狀態。有研究結果表明，當氣壓降至10-3Pa以下時，氣體的傳導和對流傳熱便可忽略不計，太空飛行器與環境間或者太空飛行器內部元件間的熱交換隻能以導熱和輻射的方式進行。為了適應高溫情況的散熱需求和低溫情況的保溫需求，現有的太空飛行器電子設備大多設計了帶有加熱和散熱兩種功能相結合的箱體結構設計，以便能夠承受和適應複雜多變的內外熱環境。低溫情況下的加熱控溫功能一般是通過在機箱箱體控溫面板內表面安裝加熱器進行加熱功率補償來實現，而在同一塊箱體面板外表面塗覆低太陽吸收率和高紅外發射率的熱控塗層可以起到高溫情況下向宇宙冷黑環境的輻射散熱作用。但是，由於航天電子設備通常要求質量輕、結構緊湊、EMC電磁兼容性、地面測試控溫要求複雜等特點，上述傳統的箱體控溫面板設計存在諸多問題。一是內表面粘貼的加熱器在安裝面板時或者太空飛行器發射經歷振動環境時，容易與內部電子學元件幹涉或者摩擦，存在潛在損傷的風險，系統可靠性較差。二是太空飛行器在交付之前，都需要在地面進行真空熱平衡試驗以驗證系統的控溫性能，因而需要在面板上進行空間熱輻射源的模擬，即空間外熱流的模擬，從而需要在箱體外表面粘貼加熱器，導致原設計的塗覆有熱控塗層的輻射散熱面的輻射特性產生變化，從而導致實驗的準確性和有效性大打折扣。三是太空飛行器在地面階段除要進行真空熱試驗外，還需要進行常溫常壓條件下的多個測試項目的加電測試，在這種環境下也需要對產品進行控溫或者散熱。但是由於傳統的控溫面板是針對飛行軌道環境下的真空熱環境進行的熱設計，通常難以滿足地面常溫常壓條件下測試時的控溫要求。

技術實現要素：

為了解決現有的航天電子設備的箱體控溫面板存在可靠性差、難以準確有效進行真空熱平衡試驗，難以滿足常溫常壓條件下產品測試時的控溫需求等多功能多場合需求的複合技術問題，本實用新型提供一種太空飛行器多功能複合電子學箱體。

本實用新型的技術解決方案是：一種多功能複合太空飛行器電子學箱體，包括溫度控制面板，其特殊之處在於：所述溫度控制面板包括自內向外依次設置的內面板、中間層和外面板；所述內面板與中間層之間安裝有內層加熱器；所述中間層與外面板之間安裝有外層加熱器；所述外面板的外表面塗覆熱控塗層。

上述中間層內部設置有傳熱管道，傳熱管道內填充傳熱液體或者相變材料。

上述傳熱管道為波浪狀迴路結構。

上述中間層內部設置有一個或者多個熱電製冷器；所述熱電製冷器包括兩個控溫端面，其中一個控溫端面朝向外面板，另一個控溫端面朝向內面板。

本實用新型的優點在於：

(1)本實用新型將傳統的單層面板分為內、中、外三層面板，在內層面板和中層面板之間，粘貼產品控溫加熱器，在中層面板和外層面板之間粘貼外熱流模擬加熱器，在外層面板外壁塗覆輻射散熱熱控塗層。在中層面板內部可實施流體製冷迴路、相變材料或者半導體熱電製冷器等措施。通過以上措施，提高了太空飛行器電子學箱體的可靠性、可以準確有效進行真空熱平衡試驗，同時滿足常溫常壓條件下產品測試時的控溫需求。

(2)本實用新型通過將加熱器設置在外面板和內面板之間，可以隔離加熱器與箱體內部的電子元器件，避免了加熱控溫措施與內部元器件的空間幹涉問題，提高加熱元件的可靠性，同時也可以避免箱體內的走線困難和複雜的問題，減少對產品EMC防護的影響。

(3)本實用新型通過設置外層加熱器可以在地面測試和實驗中模擬外熱流，同時在航天使用中也可以作為增強加熱器或者備用加熱器，提高加熱元件的工作效率。

(4)本實用新型在中間層內設置傳熱管道，並在傳熱管道內填充導熱液體或者相變材料可以提高箱體內外的導熱效果，在地面試驗時可進行液冷方式對產品進行散熱或製冷，滿足地面測試需求。在航天使用中也可以充裝相變材料，提高系統的溫度穩定性，節約加熱器功耗和散熱器面積。

(5)本實用新型在中間層內設置熱電製冷器，可以通過改變電流方向控制導熱方向，為電子設備提供熱量或者製冷。

附圖說明

圖1為本實用新型較佳實施例的電子學箱體剖面結構示意圖。

圖2為本實用新型較佳實施例的中間層結構示意圖。

具體實施方式

參見圖1，本實用新型較佳實施例的結構包括溫度控制面板1，溫度控制面板1由自內向外依次設置的內面板2、中間層3和外面板4構成。內面板2與中間層3之間安裝有內層加熱器5；中間層3與外面板4之間安裝有外層加熱器6；外面板4的外表面塗覆熱控塗層。在地面實驗中內層加熱器5可用作產品控溫加熱器，外層加熱器6用作外熱流模擬加熱器。在航天使用中，內層加熱器5為常規加熱裝置，而外層加熱器6則作為備用加熱裝置，在內層加熱器5供熱不足或者發生故障時，可以啟動外層加熱器6補充供熱。

中間層3內部設置有傳熱管道7，傳熱管道內填充導熱液體或者相變材料。

中間層內部設置有熱電製冷器8；熱電製冷器包括兩個控溫端面，其中一個控溫端面朝向外面板4，另一個控溫端面朝向內面板2。通過改變電流方向控制導熱方向，可以為電子設備提供熱量或者製冷。

較佳的，傳熱管道7可以設置為波浪狀迴路結構(如圖2所示)，多個熱電製冷器8在迴路結構內呈矩陣狀穿插設置，增加導熱效率和熱量傳播均勻性。