真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置的制作方法

本发明涉及航天器产品真空热试验领域，具体地，涉及一种真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置。

背景技术：

在航天器产品真空热试验中，除了要模拟真空和冷黑背景外，还要模拟太阳辐射、地球反射、地球红外辐射热流以及特殊飞行器气动热。外热流模拟的准确度将直接影响航天器产品真空热试验时的温度水平和试验误差，从而影响试验结果的分析以及在修改航天器产品热控设计和热数学模型中的应用。

外热流模拟装置主要有太阳模拟器、红外加热笼、红外灯阵和接触式电加热器。目前，太阳模拟器能相对准确的模拟太阳辐照，但由于系统复杂、制造成本高昂、试验状态受限等因素影响了其使用。红外灯阵在国内航天器产品的真空热试验中有较多的应用，它具有施加热流密度大、遮挡小、热惯性小等特点，但其主要模拟红外波段的辐射。因此，需要同时模拟太阳辐照和气动加热的特殊航天器，常规单一的外热流模拟装置，存在无法进行准确的外热流模拟的缺点。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置。

根据本发明提供的一种真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置，包括led阵列机构、光束调整组件、红外灯阵列机构以及固定支架；

led阵列机构、光束调整组件、红外灯阵列机构依次设置在固定支架内。

优选地，led阵列机构包括led阵列温度控制基板、led阵列安装基板以及led光源；

所述led阵列温度控制基板设置在led阵列安装基板上；

所述led光源的数量为多个；

多个所述led光源交叉分布在led阵列安装基板上。

优选地，所述led光源的种类为6种；

6种所述led光源的波长的范围为300nm至1100nm。

优选地，所述光束调整组件包括反射腔；

多个所述led光源交叉分布在反射腔和led阵列安装基板之间；

所述反射腔的外表面材料为石英玻璃。

优选地，红外灯阵列机构包括红外灯、红外灯反射罩、红外灯绝缘件、灯阵支撑架以及支撑臂；

所述红外灯设置在红外灯反射罩内；

所述支撑臂的数量为多个；

多个所述依次设置在反射腔的底部；

所述灯阵支撑架设置在支撑臂上；

所述红外灯、红外灯反射罩均通过红外灯绝缘件连接在灯阵支撑架上；

所述支撑臂设置在固定支架上。

优选地，所述固定支架的外表面包覆有渗碳聚酯薄膜层。

优选地，其中一个所述支撑臂、其中一个灯阵支撑架均为环形；

所述红外灯反射罩、红外灯沿周向设置在灯阵支撑架上；

其中另一个所述支撑臂、其中另一个灯阵支撑架均为多边形；

其中一个灯阵支撑架上的红外灯反射罩和红外灯与其中另一个灯阵支撑架上的红外灯反射罩和红外灯沿纵向交错分布。

优选地，所述反射腔的两侧沿横向设置有支撑臂。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的大功率led阵列所产生光源经过光束调整组件中毛玻璃进行混光，可调节长度的反射腔进行聚光和二次混光，可以得到近似太阳光光谱，在有效辐射面上实现1个太阳常数的辐照强度。

2、本发明提供的真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置中的红外灯阵列优化分布，经有限元分析软件仿真设计和试验验证，可实现热流不均匀度优于±10％、热流密度可达9000w/m²的外热流模拟。

3、本发明提供的真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置中的每一单元都使用螺栓通过支撑臂固定在固定支架主体上，支撑臂在固定支架主体上可以灵活调节，反射腔长度可调，灯阵支撑架和红外灯绝缘件和支撑臂有多种尺寸规格可供选择，以实现要求的辐射均匀度和辐射强度。

4、本发明提供的真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置使用的材料都满足常规整星真空热试验环境要求和防污染要求。

5、本发明提供的真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置即可实现较准确的太阳辐射模拟，又可实现高热流密度热流模拟。

6、本发明提供的真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置在真空热试验中有较好的适应性，能满足多种产品的试验要求，尤其是同时受光照和气动加热的特殊飞行器的外热流模拟。因此，与现有单一外热流模拟装置相比，本发明具有降低航天器产品真空热试验成本、缩短研制周期的有益效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置的正视图。

图2为本发明提供的真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置的俯视。

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置，包括led阵列机构、光束调整组件、红外灯阵列机构以及固定支架8；led阵列机构、光束调整组件、红外灯阵列机构依次设置在固定支架8内；本发明中优选地，均使用螺栓连接，安装相对位置可根据需要进行调整。固定支架8优选的采用不锈钢角钢制成，固定支架8上有可调节的支撑臂7，用来固定led阵列机构、光束调整组件和红外灯阵列机构，安装方便可灵活调节，外表包覆最外层为黑色渗碳聚酯薄膜的多层隔热材料。

所述led阵列机构包括led阵列温度控制基板1、led阵列安装基板2以及led光源3；所述led阵列温度控制基板1设置在led阵列安装基板2上；所述led光源3的数量为多个；多个所述led光源3交叉分布在led阵列安装基板2上。

所述led光源3的种类为6种；6种所述led光源3的波长的范围为300nm至1100nm。所述光束调整组件包括反射腔6；多个所述led光源3交叉分布在反射腔6和led阵列安装基板2之间；所述反射腔6的外表面材料为毛玻璃，更优选地为，石英玻璃。具体地，led阵列机构中的led光源3是由六种大功率led光源交叉分布组成的阵列，这六种led光源覆盖从近紫外到近红外即，波长为300～1100nm，分布在特制的具有热控措施的基板上，且led阵列光源的驱动控制上采用单独控制的方法。所述反射腔6的内表面采用高反射率镜面材料，且反射腔6整体长度可在一定范围内进行调整。所述毛玻璃和反射腔6具有良好的温度适应性，毛玻璃进行混光，反射腔6进行聚光和二次混光，最后形成辐射均匀的光。

所述红外灯阵列机构包括红外灯、红外灯反射罩9、红外灯绝缘件10、灯阵支撑架4以及支撑臂7；所述红外灯设置在红外灯反射罩9内；所述支撑臂7的数量为多个；多个所述依次设置在反射腔6的底部；所述灯阵支撑架4设置在支撑臂7上；所述红外灯、红外灯反射罩9均通过红外灯绝缘件10连接在灯阵支撑架4上；所述支撑臂7设置在固定支架8上。此外，红外灯阵列机构分层布置，以获取高热流密度和高热流均匀度。红外灯阵列机构中的灯阵支撑架4、红外灯绝缘件10和支撑臂7优选的有多种尺寸规格。各红外灯独立供电，红外灯供电导线采用温度适应性好、相互绝缘且不产生可凝挥发物的导线。

其中一个所述支撑臂7、其中一个灯阵支撑架4均为环形；所述红外灯反射罩9、红外灯沿周向设置在灯阵支撑架4上；其中另一个所述支撑臂7、其中另一个灯阵支撑架4均为多边形；其中一个灯阵支撑架4上的红外灯反射罩9和红外灯与其中另一个灯阵支撑架4上的红外灯反射罩9和红外灯沿纵向交错分布。

所述反射腔6的两侧沿横向设置有支撑臂7。

本发明每一单元，即，led阵列机构、光束调整组件、红外灯阵列机构均使用螺栓通过支撑臂7固定在固定支架主体，即固定支架8上，支撑臂7在固定支架主体上可以灵活调节，反射腔6的长度可调，灯阵支撑架4和红外灯绝缘件10和支撑臂7有多种尺寸规格可供选择，以实现不同航天器真空热试验要求的辐射均匀度和辐射强度。

本发明的led阵列机构所产生光源经过光束调整组件中毛玻璃进行混光，可调节长度的反射腔6进行聚光和二次混光，得到近似太阳光光谱，在有效辐射面上实现1个太阳常数的辐照强度。红外灯阵列优化分布，经有限元分析软件仿真设计和试验验证，可实现热流不均匀度优于±10％、热流密度可达9000w/m²的外热流模拟。

图1、图2为本发明的其中一种实施例，本发明提供的真空低温环境下的高热流密度外热流模拟装置并不限制于图1、图2所展示的结构，其他的结构也均在本发明的保护范围内。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。