CN103287590A - 一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，包括铝筒，所述铝筒设置在真空室内；冷媒管，所述冷媒管分布在铝筒的外壁表面，所述冷媒管连接波纹管，所述波纹管与设置在真空室外的制冷器相连接；绝缘加热带，所述绝缘加热带与绝缘加热带电源连接，所述绝缘加热带分布在铝筒外壁面；温度开关，所述温度开关设置在铝筒的外壁面上；热电偶，所述热电偶置于铝筒外壁面之上，所述热电偶连接温控表。本发明的有益效果：本发明集成高低温热沉、全截面法拉第、高温红外烘烤三种功能于一个装置中，其结构简单、节省空间、经济实用，并且可以降低真空设备的造价和运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间环境模拟真空设备，具体涉及一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置。
背景技术
卫星及其航天器在进入空间轨道飞行阶段后，长期处于真空和冷黑的空间环境中，同时接受空间外热流与卫星内部热流的共同影响。空间环境模拟设备是为了在地面模拟太空的“冷黑”、“高真空”和“外热流”等环境而研制的一种大型多功能综合设备，是卫星及其航天器等在地面进行各种性能、可靠性和长寿命试验的关键设备。
为了研究空间技术，还要在模拟的空间环境下，进行电推进实验，新型的空间电推进(电火箭)技术，具有高比冲、小推力、长寿命等特点。这些特点正适合航天器对推进系统提出的高速飞行、长期可靠工作和克服较小阻力的要求。无论对近地空间航天器的控制或者是深空探测及星际航行的主推进都具有重要作用。正因为这些特点，以及近十年来的成功应用，电推进技术正愈来愈受到人们的重视。
在电推进真空实验中，推进剂管路系统需要一定的实验温度，但是由于涉及高电压绝缘等，一般选择红外辐射加热方法，因此，使用热沉烘烤实验系统是最佳方法。但是为了电推进器的全截面羽流电流收集，需要在真空室内部设计全截面法拉第筒，因此，需在热沉内部空间增加一层设计，这就与前述烘烤功能冲突。
真空室材料及油污污染出气会极大地影响其极限真空度，降低抽气系统性能，降低设备运行真空度，其改善措施主要有两点：经常性运行和清洗。250℃高温烘烤是最有效的清洗手段之一，并且可以恢复极限真空度。通用环境模拟装置中，热沉工作温度为-190℃至150℃，因此，具有一定的烘烤效果，但是高温端较低，所需出气时间较长。
因此，亟需一种使铝筒热沉能工作在-190℃至250℃、且与大地和真空室绝缘、实现羽流全截面法拉第收集、高温红外烘烤出气及高低温热沉三种功能为一体的装置。
国内外未见相同功能的结构：1）常见红外烘烤是一种条笼式筒结构；2）全截面收集法拉第筒没有附带烘烤功能；3）常见热沉高温端150℃，本结构可达250℃。
发明内容
本发明提供一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，以解决现有技术中存在的用于空间环境模拟真空设备机构设置复杂，无法实现集高温红外烘烤、高低温热沉和法拉第筒羽流收集三种功能于一个整体结构的问题。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，包括铝筒，所述铝筒设置在真空室内；电推进器，所述电推进器设置在真空室内，且位于铝筒开口端前部；V型板，所述V型板设置在铝筒的一端的底面上；绝缘加热带，所述绝缘加热带与绝缘加热带电源连接，所述绝缘加热带分布在铝筒外壁面；温度开关，所述温度开关设置在铝筒的外壁面上；热电偶，所述热电偶置于铝筒外壁面之上，所述热电偶连接温控表；信号采集器，所述信号采集器通过高温导线与偏转电源和铝筒连接；冷媒管，所述冷媒管分布在铝筒的外壁表面，所述冷媒管连接波纹管，所述波纹管与设置在真空室外的制冷器相连接。
优选地，所述V型板与铝筒底面法向夹角小于30°。
优选地，所述铝筒与真空室由绝缘支撑连接。
优选地，所述温度开关为突跳式触点常闭机械开关。
优选地，所述冷媒管由紫铜或不锈钢材料制成，其外包裹有绝缘导热层，与铝筒绝缘。
优选地，所述铝筒由硬质铝合金材料制成，其外壁面抛光，内壁面发黑处理。
优选地，所述电推进器为离子电推进器。
本发明的有益效果：由于在铝筒上设置有绝缘加热带和温度开关，所以 能实现高温红外烘烤出气的功能；由于铝筒上设置有冷媒管，所以可以实现高低温热沉的功能；由于铝筒的中设置有V型板、铝筒还连接有信号采集器和偏转电源、铝筒的前端设置有电推进器，所以能实现羽流全截面法拉第收集的功能；发明集成三种功能于一个装置中，其结构简单、节省空间、经济实用，并且可以降低真空设备的造价和运行费用。
附图说明
下面根据实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置的主视图；
图2是图1的侧视图；
图3是图1的A—A向视图；
图4是图3中标号D所示区域的局部放大图。
图中：
1、绝缘加热带电源；2、热电偶；3、温控表；4、偏转电源；5、信号采集器；6、制冷器；7、波纹管；8、冷媒管；9、V型板；10、绝缘支撑；11、铝筒；12、电推进器；13、羽流；14、真空室；15、温度开关；16、绝缘导热层；17、绝缘加热带。
具体实施方式
如图1至图4所示，给出了本发明的一个具体实施例，本发明包括，真空室14、电推进器12、铝筒11，真空室14的壁面良好接地，所述铝筒11通过绝缘支撑10安装于真空室14内部，铝筒11与真空室14绝缘，其主尺寸小于真空室14，这样的结构设置使铝筒11和真空室14之间存在一定间距，便于后续展开清理等工作。
下面阐述，本发明所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置的低温热沉功能，模拟空间环境。
所述铝筒11的形状为圆筒状，且在铝筒11上设置有冷媒管，冷媒管8分布在铝筒11的壁面上，冷媒管8通过波纹管7连接真空室14壁面和连接位于真空室14外部的制冷器6，因此，能与真空室14外部设置的制冷器6 进行热交换，所述冷媒管采用紫铜或不锈钢材料制成，其外包裹绝缘导热层16，缠绕在铝筒11的外壁面上，被绝缘导热层16包裹的冷媒管8的外表面再覆盖一层铝合金薄层，铝合金层覆盖着冷媒管8，且焊接在铝筒11上。
作为优选的实施方式，铝筒11外壁面光亮无划痕，以降低真空室室14温壁面对热沉低温端的热负载；铝筒11的内壁面经过发黑处理，以提高热辐射系数和吸收率。铝筒11外壁面光亮，内壁面发黑，内外不同热辐射率处理，提高试验件与真空室14壁面热流负载功率之比，降低制冷负载。
下面阐述，本发明所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置的羽流全截面法拉第收集功能。
真空室14的壁面接地，铝筒11通过高温导线与位于真空室14外的偏转电源4和信号采集器5相连接，铝筒11外接的偏转电源4用于给铝筒11相对真空室14壁面一定的电势差，收集羽流粒子，所述信号采集器5连接有采样电阻，实现全截面法拉第筒功能。
本发明中的电推进器为小型离子推进器，电推进器12设置在真空室14内，且位于铝筒11的前端，羽流13与铝筒11同轴，铝筒11底面焊接有V型板9，V型板9与底面法向夹角小于30°。V型板9的作用是减少由于推进器12羽流轰击法拉第筒底面而引起的次级电子效应。
信号采集器5用于采集铝筒11收集的羽流信号。
下面阐述，本发明所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置的高温红外烘烤出气功能。
铝筒11由硬质铝合金材料制成，具有导热系数高、辐射系数高的优点，有利于对真空室14的不锈钢壁面烘烤出气。
铝筒11具有较高的红外辐射率和吸收率，以铝筒11为红外加热体，实现对真空室14壁面和内部结构的高温烘烤出气，有效提高真空度。
在铝筒11的外壁面上设置有扁形的绝缘加热带17，所述绝缘加热带17环绕在铝筒11的外壁面上，所述绝缘加热带17的外侧覆盖铝合金薄层，与铝筒焊接连接，绝缘加热带17与铝筒11高压绝缘。
所述绝缘加热带17连接有绝缘加热带电源1，由绝缘加热带电源1提供 能量，可加热温度大于250℃。
在铝筒11的外壁面设置有温度开关15，所述温度开关15为突跳式触点常闭机械开关，突跳温度开关，分布于铝筒11的外壁面，与绝缘加热带17的端子串联，用于防止温度过高。
铝筒11外接测温热电偶2，热电偶2贴于铝筒11的外壁面并与之绝缘，热电偶2的作用是实时测量铝筒温度，经真空壁连至温控表3，温控表3置于真空室14的外部，所述温控表3为220V，PID控制。温控表3具有任选的PID参数，自调谐功能，
绝缘加热带17、温度开关15、热电偶2和温控表3实现实验段控温加热功能。
综上所述，本发明所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置可以实现低温热沉功能、羽流全截面法拉第收集功能、高温红外烘烤出气功能。
本实施例中,真空室内部直径800mm，长1200mm。所用真空泵组为一台抽速为1600L/s的复合分子泵和一台抽速为14L/s的旋片机械泵。
经过本发明的24小时烘烤，极限真空度可为3.0×10-5Pa，运行真空度小于1.0×10-4Pa，优于同类型真空室。
极限真空通过烘烤可以再生。由于实验中材料及油污出气，长期运行后真空度上升至3.0×10-4Pa，进行200℃24h烘烤出气后，可恢复至3.0×10-5Pa。
本发明的加热与制冷分属两套独立系统，制热效率高，200℃烘烤时，烘烤功率小于2kW。
常见热沉高温端150℃，本发明可达250℃，有效地提高了烘烤出气速率。
因此，本发明集成三种功能于一个装置中，使铝筒11热沉能工作在-190℃至250℃，并且与大地和真空室14绝缘，实现高低温热沉、羽流全截面法拉第收集及高温红外烘烤出气三种功能的复合装置，其结构简单、节省空间、经济实用，并且可以降低真空设备造价和运行费用的有效措施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，其特征在于，包括铝筒，所述铝筒设置在真空室内；电推进器，所述电推进器设置在真空室内，且位于铝筒开口端前部；V型板，所述V型板设置在铝筒的一端的底面上；
绝缘加热带，所述绝缘加热带与绝缘加热带电源连接，所述绝缘加热带分布在铝筒外壁面；
温度开关，所述温度开关设置在铝筒的外壁面上；
热电偶，所述热电偶置于铝筒外壁面之上，所述热电偶连接温控表；
信号采集器，所述信号采集器通过高温导线与偏转电源和铝筒连接；
冷媒管，所述冷媒管分布在铝筒的外壁表面，所述冷媒管连接波纹管，所述波纹管与设置在真空室外的制冷器相连接。
2.如权利要求1所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，其特征在于，所述V型板与铝筒底面法向夹角小于30°。
3.如权利要求1所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，其特征在于，所述铝筒与真空室由绝缘支撑连接。
4.如权利要求1所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，其特征在于，所述温度开关为突跳式触点常闭机械开关。
5.如权利要求1所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，其特征在于，所述冷媒管由紫铜或不锈钢材料制成，其外包裹有绝缘导热层，与铝筒绝缘。
6.如权利要求1所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，其特征在于，所述铝筒由硬质铝合金材料制成，其外壁面抛光，内壁面发黑处理。
7.如权利要求1所述的一种用于空间环境模拟真空设备的复合装置，其特征在于，所述电推进器为离子电推进器。
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