一种低温存储装置的制作方法

本发明属于载人航天器空间应用高精度装配工艺领域，涉及一种低温存储装置。

背景技术：

1、空间站开展空间生命科学、生物科学、材料科学等科学实验研究，低温存储装置是空间站舱内载荷设备，为空间站提供低温存储功能，为机电热一体化装置。低温存储装置提供三种不同保存温度，在空间站舱内为生物、材料、医学等实验样品提供储存空间，其性能好坏直接影响在轨试验样品生命周期和空间生命科学、生物科学、材料科学等科学实验成败。

2、低温存储装置是空间站应用系统重要单机产品，作为低温存储的通用装置，可应用于后续深空探测、载人登月等航天任务，同时能够应用到地面需要低温存储的实验品储藏，该装配技术可以应用至类似低温存储装置的研制过程中。低温存储装置装配过程是低温存储装置研制中的重要环节，其装配顺序、工艺参数、实施方法对装置性能都有较大的影响，因此合理的装配方法是低温存储装置研制的关键技术。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种低温存储装置，实现了装配序列迭代优化，及时排查装配过程干涉、性能、接口问题，提高生产效率，缩短研制周期。

2、本发明解决技术的方案是：

3、一种低温存储装置，包括主结构框架、低温箱体、样品抽屉和流体回路；

4、其中，主结构框架为框架结构；低温箱体固定安装在主结构框架上；样品抽屉设置在低温箱体的内腔中；外部待存储样品放置在样品抽屉中；通过样品抽屉实现将外部待存储样品存储在低温箱体中或从低温箱体中取出；低温箱体上设置有流体回路；流体回路中填充冷却介质；通过冷却介质在流体回路中的循环流动，实现对低温箱体降温。

5、在上述的一种低温存储装置，所述低温箱体包括箱体外壳、内胆和柔性真空绝热结构；其中，箱体外壳为中空长方体结构；柔性真空绝热结构贴附在箱体外壳的内壁；内胆贴附在柔性真空绝热结构的内壁；样品抽屉设置在内胆围成的内腔中。

6、在上述的一种低温存储装置，所述柔性真空绝热结构通过胶黏剂粘贴在箱体外壳的内壁上；内胆贴附在柔性真空绝热结构的内壁后，在内胆与柔性真空绝热结构之间通过发泡的方式填充聚氨酯泡沫。

7、在上述的一种低温存储装置，发泡填充聚氨酯泡沫的过程中，箱体外壳的尺寸会产生2-3mm的变形量，在主结构框架与低温箱体的装配尺寸设计中，考虑到该变形量，实现精确装配。

8、在上述的一种低温存储装置，柔性真空绝热结构采用双面涂胶的方式进行粘接，即在粘接柔性真空绝热结构的粘接面和对应的箱体外壳内壁均涂覆胶黏剂，进行粘接。

9、在上述的一种低温存储装置，柔性真空绝热结构的粘接面涂覆胶黏剂的具体方法为：

10、将柔性真空绝热结构水平放置在外部支撑结构的凹槽中；在柔性真空绝热结构的上表面涂覆胶黏剂；并通过外部压平结构对胶黏剂施加推力，在支撑结构的四周的约束下，实现对粘接剂平压处理。

11、在上述的一种低温存储装置，所述柔性真空绝热结构粘接后，需要在常温常压状态和真空状态下满足性能方程组：

12、

13、式中，p1为常温常压状态下的气体压强；

14、v1为常温常压状态下的气体体积；

15、t1为常温常压状态下的气体温度；

16、p2为真空状态下的气体压强；

17、v2为真空状态下的气体体积；

18、t2为真空状态下的气体温度；

19、σ为变形量；

20、f为压力；

21、s为面积。

22、在上述的一种低温存储装置，在主结构框架与低温箱体的装配尺寸设计中，还考虑到柔性真空绝热结构在真空状态下自身的变形量δ；测量变形量δ的方法为：

23、建立柔性真空绝热结构变形监测系统，包括柔性真空绝热结构、真空罐、2个位移传感器、2个支撑结构、平台和位移采集系统；平台水平放置在真空罐的内腔中；柔性真空绝热结构竖直放置在平台的上表面；2个支撑结构对称设置在柔性真空绝热结构的两侧，且每个支撑结构通过1个位移传感器与柔性真空绝热结构连接；位移采集系统设置在真空罐的外侧，且位移采集系统与2个位移传感器；真空罐抽真空后，通过2个位移传感器和位移采集系统实现对变形量δ的测量。

24、在上述的一种低温存储装置，变形量δ的计算方法为：

25、当柔性真空绝热结构向两侧分别膨胀时：

26、δ＝a+b

27、当柔性真空绝热结构仅向一侧膨胀时：

28、δ＝a-b

29、式中，a为柔性真空绝热结构左侧变形数值；

30、b为柔性真空绝热结构左侧变形数值；

31、数值正负表示方向。

32、在上述的一种低温存储装置，箱体外壳上设置有透气孔；在贴附柔性真空绝热结构时，将透气孔避让出来；对透气孔的保护方法为：在透气孔对应位置采用方形非金属材料覆盖；并用3m胶带将方形非金属材料的其中3个边粘接在箱体外壳内壁上；剩余1个边用于气体溢出。

33、本发明与现有技术相比的有益效果是：

34、(1)本发明根据低温存储装置特点，创新设计了装配测试工艺流程，建立装配仿真模型，优化装配序列，保证装配工艺方法可靠，在较短研制时间完成高质量的装配；

35、(2)本发明创新性的提出了低温箱体与主结构框架在低温箱体发泡前零件状态下接口留加工余量，发泡后组合加工工艺方案，保证装置的装配精度；

36、(3)本发明针对柔性真空绝热结构易变形问题，基于柔性真空绝热结构的平面度状态，采用控制不同涂胶厚度实现对柔性真空绝热结构与低温箱体外壳之间贴合度有效补偿，实现大容差自适应装配连接；

37、(4)本发明创新采用等高限位装置对涂抹胶层厚度进行精确控制，实现对胶接面的胶层的等高控制(精度优于0.05mm)，保证柔性真空绝热结构与低温箱体外壳两面较好贴合；

38、(5)本发明创新性的采用柔性可塑自适应、非均匀补偿加压防止绝热结构翘曲变形、保证结构胶接装配精度；

39、(6)本发明创新性的提出了用无损探伤的工业ct设备对绝热结构进行三维扫描立体成像，检测柔性真空绝热结构在粘接装配固化后和热环境试验后、真空环境试验后的粘接状态，保证产品的质量；

40、(7)本发明设计了一种柔性真空绝热结构真空环境下对称式自适应多点变形监测系统，实现对柔性真空绝热结构变形的高精度监测；

41、(8)本发明设计了一种透气孔保护方式，有效防止溢胶封堵透气孔，同时可以让气体在发泡过程中气体顺利排出，保证低温箱体发泡质量；

42、(9)本发明设计一种同轴定位与压紧一体装置，既可以保证螺纹块与非金属结构孔同轴，又能在螺纹块粘接过程中有效加压；

43、(10)本发明设计了一种开关片和卡扣在低温和常温环境下等效试验装置，有效验证开关片和卡扣在低温和常温环境下的寿命，为装置的可靠性提供有力支撑。

技术特征：

1.一种低温存储装置，其特征在于：包括主结构框架(1)、低温箱体(2)、样品抽屉(3)和流体回路(4)；

2.根据权利要求1所述的一种低温存储装置，其特征在于：所述低温箱体(2)包括箱体外壳、内胆和柔性真空绝热结构；其中，箱体外壳为中空长方体结构；柔性真空绝热结构贴附在箱体外壳的内壁；内胆贴附在柔性真空绝热结构的内壁；样品抽屉(3)设置在内胆围成的内腔中。

3.根据权利要求2所述的一种低温存储装置，其特征在于：所述柔性真空绝热结构通过胶黏剂粘贴在箱体外壳的内壁上；内胆贴附在柔性真空绝热结构的内壁后，在内胆与柔性真空绝热结构之间通过发泡的方式填充聚氨酯泡沫。

4.根据权利要求3所述的一种低温存储装置，其特征在于：发泡填充聚氨酯泡沫的过程中，箱体外壳的尺寸会产生2-3mm的变形量，在主结构框架(1)与低温箱体(2)的装配尺寸设计中，考虑到该变形量，实现精确装配。

5.根据权利要求3所述的一种低温存储装置，其特征在于：柔性真空绝热结构采用双面涂胶的方式进行粘接，即在粘接柔性真空绝热结构的粘接面和对应的箱体外壳内壁均涂覆胶黏剂，进行粘接。

6.根据权利要求5所述的一种低温存储装置，其特征在于：柔性真空绝热结构的粘接面涂覆胶黏剂的具体方法为：

7.根据权利要求3所述的一种低温存储装置，其特征在于：所述柔性真空绝热结构粘接后，需要在常温常压状态和真空状态下满足性能方程组：

8.根据权利要求4所述的一种低温存储装置，其特征在于：在主结构框架(1)与低温箱体(2)的装配尺寸设计中，还考虑到柔性真空绝热结构在真空状态下自身的变形量δ；测量变形量δ的方法为：

9.根据权利要求8所述的一种低温存储装置，其特征在于：变形量δ的计算方法为：

10.根据权利要求3所述的一种低温存储装置，其特征在于：箱体外壳上设置有透气孔；在贴附柔性真空绝热结构时，将透气孔避让出来；对透气孔的保护方法为：在透气孔对应位置采用方形非金属材料覆盖；并用3m胶带将方形非金属材料的其中3个边粘接在箱体外壳内壁上；剩余1个边用于气体溢出。

技术总结
本发明涉及一种低温存储装置，属于载人航天器空间应用高精度装配工艺领域；包括主结构框架、低温箱体、样品抽屉和流体回路；其中，主结构框架为框架结构；低温箱体固定安装在主结构框架上；样品抽屉设置在低温箱体的内腔中；外部待存储样品放置在样品抽屉中；通过样品抽屉实现将外部待存储样品存储在低温箱体中或从低温箱体中取出；低温箱体上设置有流体回路；流体回路中填充冷却介质；通过冷却介质在流体回路中的循环流动，实现对低温箱体降温；本发明实现了装配序列迭代优化，及时排查装配过程干涉、性能、接口问题，提高生产效率，缩短研制周期。

技术研发人员：赵本华,刘鑫,方金,王喆,李荣军,田建忠,赵欢,梁冰,樊晓霞
受保护的技术使用者：北京卫星制造厂有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17