一種模塊化復合型高能武器散熱系統及其控制方法與流程

技術領域：

本發明涉及一種模塊化復合型高能武器散熱系統及其控制方法，適用于機載、星載、艦載、車載等平臺高能激光設備散熱，屬于設備熱管理及環控領域。

背景技術：
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近年來，高能激光武器作為下一代新型武器得到快速發展。研究表明，高能武器將電能轉化為激光的效率僅為10％～15％，導致執行任務時熱流密度高達100～800w/cm²，且間歇脈沖型工作，負荷波動極大，給散熱系統提出了很大的挑戰。此外，高能武器可能在機載、星載、艦載和車載等各種平臺工作，各種平臺下散熱條件和重力條件等環境條件差異顯著。傳統的高能武器散熱系統的都依靠外部制冷，針對于某一種平臺單獨設計，嚴重制約了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

針對現有技術的不足，本發明擬提出一種模塊化復合型高能武器散熱系統及其控制方法，可在各種冷卻條件和重力條件下可靠高效工作，當冷卻水溫較低且高能武器負荷較小時，機組工作于動力熱管模式(微重力或過載下都可正常工作)，保障系統節能運行；當冷卻水溫較高且高能武器負荷較大時，系統工作于蒸氣壓縮制冷模式下，保障系統安全可靠。同時，由于共享換熱器，該系統占地空間小、重量輕、控制簡便。該系統可在機載、星載、艦載和車載等各種平臺高效可靠工作，極大提高了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

技術實現要素：
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本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種模塊化復合型高能武器散熱系統及其控制方法。采用可調壓比和轉速的微型無油變頻壓縮機當作動力源，且實現“一機兩用”：當冷卻流體溫度較高且高能武器負荷較大時，壓縮機高速高壓運轉，節流裝置工作，運行于蒸氣壓縮制冷模式，保障散熱安全可靠；當冷卻流體溫度較低且高能武器負荷較小時，壓縮機低速低壓運轉，節流裝置被旁通，運行于動力熱管循環模式，此時壓縮機僅驅動工質循環，并不建立壓差，耗電量極低，保障系統節能運行。。

本發明采用如下技術方案：一種模塊化復合型高能武器散熱系統，由高能武器艙和散熱設備艙組成；所述高能武器艙內設置高能武器以及蒸發器，在高能武器以及蒸發器的周邊填充有相變材料；所述散熱設備艙內設置壓縮機、冷凝器、節流支路、旁通支路、控制器、冷凝器流體進口和冷凝器流體出口；所述蒸發器通過制冷劑管路依次與壓縮機、冷凝器和節流支路連接，節流支路和旁通支路并聯設置，節流支路上設置節流裝置，旁通支路上設置旁通閥。

進一步地，所述壓縮機為壓比和轉速可調的微型無油變頻壓縮機。

進一步地，所述相變材料為直接接觸式相變材料。

進一步地，所述冷凝器的冷卻流體為水、空氣或者油。

本發明還采用如下技術方案：一種模塊化復合型高能武器散熱系統的控制方法，控制器采集高能武器周邊溫度后控制壓縮機、節流裝置和旁通閥，在不同的冷卻流體和高能武器負荷情況下，根據高能武器周邊溫度，該系統實現兩種工作模式：

(a)當高能武器負荷較大或冷卻流體溫度較高，表面溫度t>a時，其中a為系統的預設溫度值，控制器控制壓縮機高速、高壓比運轉，節流裝置工作，旁通閥關閉，蒸發器、壓縮機、冷凝器和節流支路構成蒸氣壓縮制冷循環；

(b)當高能武器負荷較小且冷卻流體溫度較低，表面溫度t<a時，其中a為系統的預設溫度值，控制器控制壓縮機低壓低速運轉，旁通閥打開，節流裝置關閉，蒸發器、壓縮機、冷凝器和旁通支路構成動力驅動熱管循環。

本發明具有如下有益效果：

(1)、當冷卻流體溫度較高或高能武器負荷較大時，壓縮機高速運轉且節流裝置工作，滿足散熱要求，保障散熱安；當冷卻流體溫度較低且高能武器負荷較小時，壓縮機低壓低速運轉，通過付出極小的功耗驅動工質循環，構建動力熱管循環，在節能基礎上滿足傳熱要求，且該動力熱管循環可在微重力或過載情況下可靠運行；壓縮機“一機兩用”，動力熱管模式(圖3)和蒸氣壓縮模式(圖2)共享蒸發器和冷凝器，管路設計簡潔順暢，使得系統重量輕、占地空間小、控制簡便。

(2)、高能武器具有間歇工作，負荷波動大的特點，通過添加相變材料，可極大地削減高能武器工作時瞬間熱負荷的沖擊，保障系統安全可靠。

(3)、該系統自帶兩種制冷模式，可在不同平臺各種冷卻環境和重力條件下高效可靠工作，外部平臺只需提供冷卻流體即可工作，極大地提高了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

附圖說明：

圖1為本發明模塊化復合型高能武器散熱系統的結構原理圖。

圖2為本發明模塊化復合型高能武器散熱系統的蒸氣壓縮流程圖。

圖3為本發明模塊化復合型高能武器散熱系統的動力熱管流程圖。

圖中：

1－高能武器艙；2－散熱設備艙；3－高能武器；4－相變材料；5－蒸發器；6－控制器；7－壓縮機；8－冷凝器；9－節流支路；10－旁通支路；11－節流裝置；12-旁通閥；13-冷凝器流體進口；14-冷凝器流體出口。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

本發明模塊化復合型高能武器散熱系統由高能武器艙1和散熱設備艙2組成；高能武器艙1內設置高能武器3以及蒸發器5，在高能武器3以及蒸發器5的周邊填充有相變材料4。散熱設備艙2內設置壓縮機7、冷凝器8、節流支路9、旁通支路10、控制器6、冷凝器流體進口13和冷凝器流體出口14；蒸發器5通過制冷劑管路依次與壓縮機7、冷凝器8和節流支路9連接，節流支路9和旁通支路10并聯設置，節流支路9上設置節流裝置11，旁通支路10上設置旁通閥12。壓縮機7為壓比和轉速可調的微型無油變頻壓縮機；控制器6采集高能武器周邊溫度后控制壓縮機7、節流裝置11和旁通閥12，在不同的冷卻流體和高能武器3負荷情況下，根據高能武器3周邊溫度，該系統可實現兩種工作模式：

(a)當高能武器3負荷較大或冷卻流體溫度較高，表面溫度t>a時，其中a為系統的預設溫度值，控制器6控制壓縮機7高速、高壓比運轉，節流裝置11工作，旁通閥12關閉，蒸發器5、壓縮機7、冷凝器8和節流支路9構成蒸氣壓縮制冷循環；

(b)當高能武器3負荷較小且冷卻流體溫度較低，表面溫度t<a時，其中a為系統的預設溫度值，控制器6控制壓縮機7低壓低速運轉，旁通閥12打開，節流裝置11關閉，蒸發器5、壓縮機7、冷凝器8和旁通支路10構成動力驅動熱管循環。

上述方案中相變材料4為直接接觸式相變材料，冷凝器8的冷卻流體為水、空氣、油等流體。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。

技術特征：

技術總結
本發明公開一種模塊化復合型高能武器散熱系統及其控制方法，由高能武器艙和散熱設備艙組成；高能武器艙內設置高能武器以及蒸發器，在高能武器以及蒸發器的周邊填充有相變材料；散熱設備艙內設置壓縮機、冷凝器、節流支路、旁通支路、控制器、冷凝器流體進口和冷凝器流體出口；蒸發器通過制冷劑管路依次與壓縮機、冷凝器和節流支路連接，節流支路和旁通支路并聯設置，節流支路上設置節流裝置，旁通支路上設置旁通閥。在不同的冷卻流體和高能武器設備負荷情況下，根據高能武器周邊溫度，該系統可實現兩種工作模式。本發明系統自帶兩種制冷模式，外部平臺只需提供冷卻流體即可工作，極大地提高了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

技術研發人員：張朋磊;張大林;陳維建;武艷
受保護的技術使用者：南京航空航天大學
技術研發日：2017.04.18
技術公布日：2017.09.12