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CN112366438A - 一种星载天线多层复合控温罩 - Google Patents

一种星载天线多层复合控温罩 Download PDF

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CN112366438A
CN112366438A CN202011141709.5A CN202011141709A CN112366438A CN 112366438 A CN112366438 A CN 112366438A CN 202011141709 A CN202011141709 A CN 202011141709A CN 112366438 A CN112366438 A CN 112366438A
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CN
China
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temperature control
control cover
layer
antenna
polyimide
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CN202011141709.5A
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张建波
徐向阳
王波
王耀庭
李岩
刘佳
孟通
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Xian Institute of Space Radio Technology
Original Assignee
Xian Institute of Space Radio Technology
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Publication date
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Abstract

一种星载天线多层复合控温罩，包括控温罩骨架、多层隔热组件(MLI)、纳米碳/聚酰亚胺复合膜以及天线馈电部件。控温罩骨架安装固定在天线馈电部件外围，多层隔热组件整体包覆在控温罩骨架外侧，纳米碳/聚酰亚胺复合膜固定在骨架内侧呈帐篷状。本发明利用一体化轻质复材骨架作为控温罩的支撑结构，复合控温罩外部利用多层隔热组件实现高温外热流的抑制，内部使用纳米碳/聚酰亚胺复合膜进行分区主动红外辐射加热，可用于星载天线馈电部件在空间复杂热环境下的温度控制，显著减小热变形对于馈电部件的性能影响。

Description

一种星载天线多层复合控温罩
技术领域
本发明涉及一种适应于星载天线馈电部件的多层复合控温罩，属于航天设备技术领域。
背景技术
航天器星载天线随着卫星通信和遥感探测空间分辨率的不断提高，其频率已经由传统的微波、毫米波向亚毫米波和太赫兹方向发展。高频段天线应用对反射器和馈源等馈电系统关键部件的型面精度和指向精度等提出了很高的要求。天线的馈电系统部件等长期暴露于舱外复杂的空间热环境中，由于周期性的进出地影区而经历交变的温度环境，引起较大的结构热变形，而这种结构热变形对于电性能的影响巨大。为了最大程度的抑制其热变形，对于天线馈电部件的工作温度范围和温度梯度提出了苛刻的要求。
以某亚毫米波探测系统为例，不同频段的天线通过空间布局形成完整的馈电系统。为了保证整个系统的工作稳定性，要求工作在极窄的温度范围内，并且对不同馈电部件之间的温度均匀性提出了严苛要求。传统的热控手段包括多层隔热组件包覆和薄膜加热片主动控温。但对于这种异形曲面天线馈电结构，贴体多层包覆需要反复取样分割成多块，薄膜加热片由于粘贴面积非常有限难以实施而且容易形成点热源，加热控温的均匀性效果大打折扣，难以满足复杂馈电系统的特殊热控要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种多层辐射控温罩，采用轻质骨架内侧固定纳米碳/聚酰亚胺复合膜，外侧整体包覆多层隔热组件的技术途径实现异形曲面天线馈电结构的均匀温控。
本发明采用的技术解决方案是：
一种星载天线多层复合控温罩，包括控温罩骨架、多层隔热组件、纳米碳/聚酰亚胺复合膜、天线馈电部件；
控温罩骨架安装固定在天线馈电部件外围，多层隔热组件整体包覆在控温罩骨架外侧，纳米碳/聚酰亚胺复合膜固定在骨架内侧呈帐篷状，且纳米碳/聚酰亚胺复合膜依据控温罩骨架结构进行分块。
进一步的，所述控温罩骨架包括多根圆管结构，采用一体化制作工艺制造而成，控温罩骨架的形状匹配天线馈电部件结构和布局包络。
进一步的，圆管结构壁厚为0.5mm，材料为T700碳纤维。
进一步的，所述多层隔热组件包括多层叠加的单元以及位于最外侧的外表面膜；每个单元均由一层间隔层和一层反射屏组成，同一个单元中，反射屏位于间隔层外侧。
进一步的，所述单元的数量不小于15，间隔层为经热定形处理的涤纶网，反射屏为双面镀铝聚酯膜，厚度为6μm。
进一步的，外表面膜为导电型聚酰亚胺镀铝二次表面镜或者黑色聚酰亚胺渗碳膜。
进一步的，所述纳米碳/聚酰亚胺复合膜为三明治结构，上下层为聚酰亚胺膜，中间层为纳米碳发热层，且该纳米碳发热层使用载流电极进行供电。
进一步的，所述纳米碳发热层，采用碳类纳米材料利用原位聚合的方法通过成膜工艺进行制作。
进一步的，上下层聚酰亚胺膜为25μm厚，中间层纳米碳发热层厚度为30μm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)传统的空间外热流隔绝通常使用隔热多层对天线馈电部件贴体包覆，针对结构外形复杂和布局分散的馈电系统实施难度大且工艺性差，多层复合控温罩采用一体化轻质骨架包络整个馈电系统，骨架外侧整体包覆隔热组件，有效降低了复杂馈电系统热控实施难度。此外，相比于贴体包覆，控温罩多层与天线馈电部件附加了空间辐射热阻，隔热效果得到进一步强化。
(2)传统的低温补偿加热通过粘贴薄膜加热片来实现，而对于异形结构的馈电部件，粘贴面积非常有限导致难以实施而且容易形成点热源，加热控温的均匀性效果差。固定在控温罩骨架内侧的纳米碳/聚酰亚胺复合膜可实现分区主动远红外辐射加热，得益于纳米碳材料良好的导电性和导热性，加热控温的均匀性得到明显提高。
附图说明
图1为本发明一种星载天线多层复合控温罩整体安装示意图；
图2为本发明一种星载天线多层复合控温罩骨架结构示意图；
图3为本发明一种星载天线多层复合控温罩纳米碳/聚酰亚胺复合膜安装固定后结构示意图；
图4为本发明一种星载天线多层复合控温罩外部多层整体包覆后的结构示意图；
图5为天线部件分别采用热控涂层和控温罩两种热控方案的温度数据曲线。
图中：1、控温罩骨架；2、多层隔热组件；3、纳米碳聚酰亚胺复合膜；4、天线馈电部件。
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。
如图1所示，某星载天线多层复合控温罩包括控温罩骨架1、多层隔热组件2、纳米碳/聚酰亚胺复合膜3以及天线馈电部件4。
控温罩骨架1安装固定在天线馈电部件4外围，多层隔热组件2整体包覆在控温罩骨架1外侧，纳米碳/聚酰亚胺复合膜固定在骨架内侧呈帐篷状，且纳米碳/聚酰亚胺复合膜3依据控温罩骨架结构进行分块。
如图2所示，根据星载天线馈电部件(共4个)的结构和布局位置包络设计控温罩外形，控温罩设计成截面为梯形的箱体结构，高度为180mm。控温罩骨架采用一体化制作工艺，控温罩骨架包括多根圆管结构，材料为T700碳纤维，壁厚为0.5mm，骨架安装固定在天线馈电部件外围，控温罩骨架的形状匹配天线馈电部件结构和布局包络。
如图3所示，纳米碳/聚酰亚胺复合膜为三明治结构，上下层为聚酰亚胺膜，中间层为纳米碳发热层，且该纳米碳发热层使用载流电极进行供电。
纳米碳/聚酰亚胺复合膜固定在骨架内侧呈帐篷状，依据骨架结构分为5块。复合膜上下层使用25μm厚的聚酰亚胺膜，中间层是厚度约为30μm纳米碳发热层，每块独立根据其加热功率设计不同的电阻值，实现低温季节的热补偿。纳米碳发热层，采用碳类纳米材料利用原位聚合的方法通过成膜工艺进行制作。
如图4所示，多层隔热组件2包括多层叠加的单元以及位于最外侧的外表面膜；每个单元均由一层间隔层和一层反射屏组成，同一个单元中，反射屏位于间隔层外侧。单元的数量不小于15，间隔层为经热定形处理的涤纶网，反射屏为双面镀铝聚酯膜，厚度为6μm。
多层隔热组件整体包覆在控温罩外部，多层叠加的单元由涤纶网和双面镀铝聚酯膜间隔组成，隔热组件的外表面膜为25μm厚的导电型聚酰亚胺镀铝二次表面镜或黑色聚酰亚胺渗碳膜。
采用上述复合控温罩，对某地球同步轨道的对地面馈电天线部件分别采用传统热控涂层和新型复合控温罩进行仿真分析计算，热分析的边界条件按照卫星总体技术要求进行设置，热控涂层和材料热物性参数按照相关技术手册选取。
根据附图5中天线部件分别采用热控涂层和控温罩两种热控方案的温度数据曲线可知，采用本发明所述的多层复合控温罩后，天线馈电部件的温度控制在-5～20℃的区间内，温度波动范围明显减小，尤其是低温水平相比传统热控设计方案显著提高，凸显了分区主动远红外辐射加热的优势，满足高频段天线对于工作温度和梯度的严苛要求，验证了本发明所述多层复合控温罩的有效性和合理性。
本发明说明书中其他未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种星载天线多层复合控温罩，其特征在于，包括控温罩骨架(1)、多层隔热组件(2)、纳米碳/聚酰亚胺复合膜(3)、天线馈电部件(4)；
控温罩骨架(1)安装固定在天线馈电部件(4)外围，多层隔热组件(2)整体包覆在控温罩骨架(1)外侧，纳米碳/聚酰亚胺复合膜固定在骨架内侧呈帐篷状，且纳米碳/聚酰亚胺复合膜(3)依据控温罩骨架结构进行分块。
2.根据权利要求1所述的星载天线多层复合控温罩，其特征在于：所述控温罩骨架包括多根圆管结构，采用一体化制作工艺制造而成，控温罩骨架的形状匹配天线馈电部件结构和布局包络。
3.根据权利要求2所述的星载天线多层复合控温罩，其特征在于：圆管结构壁厚为0.5mm，材料为T700碳纤维。
4.根据权利要求1所述的星载天线多层复合控温罩，其特征在于：所述多层隔热组件(2)包括多层叠加的单元以及位于最外侧的外表面膜；每个单元均由一层间隔层和一层反射屏组成，同一个单元中，反射屏位于间隔层外侧。
5.根据权利要求4所述的星载天线多层复合控温罩，其特征在于：所述单元的数量不小于15，间隔层为经热定形处理的涤纶网，反射屏为双面镀铝聚酯膜，厚度为6μm。
6.根据权利要求4所述的星载天线多层复合控温罩，其特征在于：外表面膜为导电型聚酰亚胺镀铝二次表面镜或者黑色聚酰亚胺渗碳膜。
7.根据权利要求1所述星载天线多层复合控温罩，其特征在于：所述纳米碳/聚酰亚胺复合膜为三明治结构，上下层为聚酰亚胺膜，中间层为纳米碳发热层，且该纳米碳发热层使用载流电极进行供电。
8.根据权利要求7所述星载天线多层复合控温罩，其特征在于：所述纳米碳发热层，采用碳类纳米材料利用原位聚合的方法通过成膜工艺进行制作。
9.根据权利要求7所述星载天线多层复合控温罩，其特征在于：上下层聚酰亚胺膜为25μm厚，中间层纳米碳发热层厚度为30μm。
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