專利名稱：一種用于空間輻射制冷器的復合級間支撐系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及空間輻射制冷器，具體是指一種用于空間輻射制冷器的復合級間支撐系統。
背景技術：
輻射制冷器的級間支撐導熱造成的熱負載是各級熱負載的重要組成部分，特別是一級、二級支撐導熱在總漏熱中所占比例較大，對輻射制冷器性能影響相當大。減少輻射制冷器級間支撐導熱從而達到更優性能，一直是輻射制冷器研究的熱門課題。因為輻射制冷器的應用場合是航天飛行器有效載荷儀器中的需在低溫工作的探測元件或光學系統等，輻射制冷器必須具有良好的力學性能，以滿足航天飛行器發射時苛刻的力學條件。不能滿足發射力學條件的輻射制冷器，不管其熱學性能如何優良，都是無法應用的。輻射制冷器為了保證良好的力學性能，必將以一定的熱損耗為代價，因為支撐的力學性能與導熱是相互矛盾的。支撐導熱與支撐截面積、支撐導熱系數呈正比，與支撐長度呈反比，輻射制冷器要求級間支撐導熱小，希望支撐截面積小、支撐長度長、導熱系數低。良好的力學性能則要求支撐截面積大、支撐長度短。常規金屬材料的強度較高，但導熱系數也大，因此大量的研究工作是尋找既具有較高強度又具有較低的導熱系數的材料。
復合材料的進展，特別是玻璃纖維增強樹脂材料的良好性能，在相當程度上滿足了低熱導、高強度、質量輕的要求。目前輻射制冷器采用的支撐大都為低熱導環氧玻璃鋼材料，但環氧玻璃鋼復合材料的性能與成型工藝關系很大，成型時固化溫度、時間、壓力直接影響玻璃鋼性能。
為了減小支撐系統的熱損耗，常用的管狀、杯狀支撐，這種結構由于其軸向和徑向強度相差很大，而輻射制冷器的力學環境試驗要求支撐系統在X、Y、Z三方向同時滿足振動、沖擊等，力學試驗量級三方向一致，因此即使用復合材料還經常發生懸臂粱剪切破壞。為保證支撐在三方向均具有足夠強度，滿足X、Y、Z三向振動力學條件，必須采取必要的措施加強支撐徑向強度。
輻射制冷器的實際工作情況是飛行器發射時輻射制冷器不工作，也就是說無級間導熱要求。輻射制冷器級間支撐低導熱的要求是在輻射制冷器正常工作狀態下才開始的，因此研制空間輻射制冷器級間支撐系統，使其在地面及發射過程中連接良好，具有相當高的強度，在發射入軌開始制冷后輻射制冷器級間支撐與連接固定件脫離，形成熱開路，成為該領域科技人員研究的熱門課題。
目前國內外科技人員為滿足上述要求主要采用以下兩種記憶合金級間支撐系統1.適用于V型輻射制冷器的銅鋅鋁記憶合金支撐，見H.R.schember，“Optimization of V-Groove radiator configuration”，AIAA-87-1506文獻。該支撐為桿狀結構，共四根，呈十字架對稱分布，在輻射制冷器發射時，支撐桿從四個方向壓緊輻射制冷器的冷塊，保證力學強度和剛度。輻射制冷器降溫后，支撐桿恢復形變，產生2％的軸向位移，與冷塊脫離，變形溫度設計為-10℃。這種結構的支撐系統有一個缺點，那就是四根銅鋅鋁記憶合金桿變形性能可能會不一致，從而影響整個支撐系統的穩定性。
2.采用彈簧偏置記憶合金板簧結構的記憶合金支撐，見董德平，“新一代極軌氣象衛星輻射制冷器的研究”中國科學院上海技術物理研究所博士論文。該支撐利用NiTi記憶合金奧氏體相彈性模量比馬氏體相高3～4倍的特性，使得偏置彈簧在低溫下驅動記憶合金板簧產生較大位移。這種結構的記憶合金支撐的最大缺點就是結構過于復雜，同時需要較大的支撐安裝面，較適用于大型輻射制冷器，對中小型輻冷器不太適合，因此可移植性不強。
發明內容
本發明的目的是提出一種工作溫度小于負23℃，結構簡單，可移植性強，適用于空間輻射制冷器用的級間復合支撐系統。
本發明的目的是這樣實現的，復合級間支撐系統包括常規的圓錐臺支撐體1，由支撐連接體2、記憶合金彈簧3、內置運動活塞4、偏置彈簧5及支撐端蓋6構成的記憶合金支撐體，如圖1所示。
記憶合金支撐體的支撐連接體同軸固接在圓錐臺支撐體的圓錐臺面101下，支撐連接體下端有一倒置的支撐端蓋，二者在同一軸上，并有一間隙，支撐端蓋蓋體與圓錐臺支撐體外折腳102固接。支撐連接體內置有記憶合金彈簧，支撐端蓋內置有偏置彈簧，內置運動活塞的上端與記憶合金彈簧連接，下端與偏置彈簧連接。
記憶合金支撐體也可以是支撐連接體內置偏置彈簧3，支撐端蓋內置記憶合金彈簧5，內置運動活塞的上端與偏置彈簧連接，下端與記憶合金彈簧連接。也就是說記憶合金彈簧的放置位置與偏置彈簧交換。
圓錐臺支撐體的作用1)在發射過程中，起著軸向支撐的作用；2)正常工作情況下，起到保證紅外焦平面的位置。
支撐連接體的作用1)提供與圓錐臺支撐體相連的上接口；2)為內置運動活塞提供工作路徑。
支撐端蓋的作用1)提供與圓錐臺支撐體相連的下接口；2)為運動活塞提供工作路徑。
內置運動活塞的作用1)通過上下運動，造成支撐連接體和支撐端蓋的“熱通路”、“熱開路”；2)發射過程中，提供較大的徑向支撐力。
記憶合金彈簧的作用感應溫度，產生伸張力，使內置運動活塞向上運動。
偏置彈簧的作用與記憶合金彈簧相配合，產生回復力，使內置運動活塞向下運動。
本發明的支撐系統工作過程如下發射環境狀態由于記憶合金彈簧的記憶合金力的作用，內置運動活塞處于支撐連接體和支撐端蓋之間，此時支撐連接體和支撐端蓋處于“熱通路”，并提供較大的徑向支撐力。
低溫工作狀態當周圍環境溫度達到273K時，記憶合金彈簧開始軟化，其力無法克服偏置彈簧的回復力；偏置彈簧帶動內置運動活塞向下運動，當溫度達到250K時，內置運動活塞上端面與支撐連接體脫離，而完全進入支撐端蓋，此時支撐連接體和支撐端蓋處于“熱開路”，整個焦平面的位置由圓錐臺支撐體保證，如圖2所示。
本發明的復合級間支撐系統有如下優點
1.外觀精巧、結構簡單、易于實現、適用于各種輻射制冷器。
2.能較大幅度的減少正常工作時由于支撐導熱造成的熱負載，同時為處于發射過程的支撐系統提供較大的徑向支撐力，盡可能防止支撐斷裂的發生。
圖1為本發明的復合級間支撐系統剖面結構示意圖；圖2為本發明的復合級間支撐系統處于正常工作狀態下的結構示意圖；圖3為支撐連接體的結構示意圖；圖4為內置運動活塞的結構示意圖；圖5為支撐端蓋的結構示意圖；圖6為圓錐臺支撐體的結構示意圖。
具體實施例方式
見圖1，本發明的復合級間支撐系統包括圓錐臺支撐體1、支撐連接體2、記憶合金彈簧3、內置運動活塞4、偏置彈簧5及支撐端蓋6。首先把記憶合金彈簧3及偏置彈簧5的一端分別穿入內置運動活塞4兩端的徑向通孔401內，而記憶合金彈簧3的另一端穿入支撐連接體2的徑向通孔201內，偏置彈簧5的另一端穿入支撐端蓋6的徑向通孔601內，使內置運動活塞4的上半部置于支撐連接體2的下端內，下半部置于支撐端蓋6的上端內，兩者為緊密配合。支撐連接體2和支撐端蓋6之間間隙為0.5-1.0mm。再通過螺釘把支撐端蓋蓋體601與圓錐臺支撐體外折腳102螺接，支撐連接體2的上端和圓錐臺支撐體1的圓錐臺面101及冷塊7螺接，支撐端蓋6與冷塊8螺接。
本發明中我們使用了兩種彈簧，通過計算，使它們之間匹配運動，當處于發射狀態時，偏置彈簧處于最大收縮狀態；正常工作時，偏置彈簧回到正常狀態。彈簧的運動距離必須確保內置運動活塞上端面能完全脫離支撐連接體，而完全進入支撐端蓋。
記憶合金材料的4個溫度指標Ms稱為馬氏體開始溫度，Mf稱為馬氏體相變終止溫度，As稱為馬氏體逆相變開始溫度，Af稱為馬氏體逆向變的終止溫度。Ms、Mf、As、Af對記憶合金的應用十分重要。根據本發明應用的實際情況，用于支撐系統的形狀記憶合金馬氏體向母相轉變終止溫度Af要求等于或低于發射環境溫度，Mf高于輻冷器各級正常工作時記憶合金使用溫度。只有滿足上述溫度條件，記憶合金在發射環境溫度下處在母相，當輻冷器開始工作后，開始馬氏體相變轉變，在輻冷器各級正常工作時，記憶合金處于安全馬氏體狀態。本發明選用NiTi記憶合金作為首選材料，NiTi形狀記憶合金性能穩定，可逆應變大，循環次數對記憶性能衰退的影響較小，實際應用十分有利。本發明中記憶合金材料的相變溫度為As＞260K，Af＜283K，Ms＜293K，Mf＞250K。
本發明中的偏置彈簧采用不銹鋼材料，圓錐臺支撐體采用環氧玻璃鋼，內置運動活塞、支撐連接體及支撐端蓋均采用鈦合金。
權利要求
1.一種用于空間輻射制冷器的復合級間支撐系統，包括常規的圓錐臺支撐體(1)、其特征在于在常規的圓錐臺支撐體(1)內置有由支撐連接體(2)、記憶合金彈簧(3)、內置運動活塞(4)、偏置彈簧(5)及支撐端蓋(6)構成的記憶合金支撐體；記憶合金支撐體的支撐連接體(2)同軸固接在圓錐臺支撐體(1)的圓錐臺面(101)下，支撐連接體下端有一倒置的支撐端蓋(6)，二者在同一軸上，并有一間隙，支撐端蓋蓋體(601)與圓錐臺支撐體外折腳(102)固接；支撐連接體(2)內置有記憶合金彈簧(3)，支撐端蓋(6)內置有偏置彈簧(5)，內置運動活塞(4)的上端與記憶合金彈簧連接，下端與偏置彈簧連接。
2.根據權利要求1的一種用于空間輻射制冷器的復合級間支撐系統，其特征在于所說的支撐連接體(2)和支撐端蓋(6)之間間隙為0.5-1.0mm。
3.根據權利要求1的一種用于空間輻射制冷器的復合級間支撐系統，其特征在于所說的記憶合金彈簧(3)材料為NiTi記憶合金，偏置彈簧(5)采用不銹鋼材料，圓錐臺支撐體(1)采用環氧玻璃鋼，內置運動活塞(4)、支撐連接體(2)及支撐端蓋(6)均采用鈦合金。
4.一種用于空間輻射制冷器的復合級間支撐系統，包括常規的圓錐臺支撐體(1)、其特征在于在常規的圓錐臺支撐體(1)內置有由支撐連接體(2)、偏置彈簧(3)、內置運動活塞(4)、記憶合金彈簧(5)及支撐端蓋(6)構成的記憶合金支撐體；記憶合金支撐體的支撐連接體(2)同軸固接在圓錐臺支撐體(1)的圓錐臺面(101)下，支撐連接體下端有一倒置的支撐端蓋(6)，二者在同一軸上，并有一間隙，支撐端蓋蓋體(601)與圓錐臺支撐體外折腳(102)固接；支撐連接體(2)內置有偏置彈簧(3)，支撐端蓋(6)內置有記憶合金彈簧(5)，內置運動活塞(4)的上端與偏置彈簧(3)連接，下端與記憶合金彈簧(5)連接。
5.根據權利要求4的一種用于空間輻射制冷器的復合級間支撐系統，其特征在于所說的支撐連接體(2)和支撐端蓋(6)之間間隙為0.5-1.0mm。
全文摘要
本發明的一種用于空間輻射制冷器的復合級間支撐系統，該支撐系統是在常規的圓錐臺支撐體內增加一個記憶合金支撐體，構成一個復合級間支撐。記憶合金支撐體由支撐連接體、記憶合金彈簧、支撐端蓋、偏置彈簧和內置運動活塞組成。圓錐臺支撐體的作用在發射過程中，起著軸向支撐的作用；正常工作情況下，起到保證紅外焦平面的位置。內置運動活塞的運動由記憶合金彈簧控制，使記憶合金支撐體在“熱通路”和“熱開路”之間轉換，當“熱通路”時，也即發射過程中，支撐系統提供較大的徑向支撐力，“熱開路”時，使空間輻射制冷器的熱損耗達到最低。本發明的優點是外觀精巧、結構簡單、易于實現、適用于各種空間輻射制冷器。
文檔編號F28F9/26GK1529114SQ0315141
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月29日 優先權日2003年9月29日
發明者尤建鋼, 董德平, 王維揚 申請人:中國科學院上海技術物理研究所