1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为解决复杂外热流下散热面难以确定的难题,基于散热面总到达外热流最小的设计原则,对空间相机大功率热源散热设计进行研究。首先,根据相机所处空间环境分析相机受到的外热流。接着,通过分析外热流与热源工作模式,采用在相机两侧设置辐射冷板散热并通过热管耦合的方式,增大了热源的散热效率,减小了辐射冷板的面积。最后,根据相机所处空间环境和采取的热控措施利用热仿真软件进行了热分析验证。仿真结果表明:可见光组件温度为-1.9℃~12.9℃,红外组件温度为 1.7℃~10.5℃,制冷机热端温度为-12℃~0.3℃,制冷机压缩机温度为-11.3℃~21.3℃。满足温控指标要求,解决了复杂外热流下相机大功率热源的散热问题。
空间相机 热设计 热分析 space camera, thermal design, thermal analysis
1 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
2 散裂中子源科学中心,广东 东莞 523803
中国散裂中子源(CSNS)靶站质子束窗位于环到靶站输运线(RTBT)与靶站交接面,起到隔离加速器高真空和靶站氦气环境的作用。随着束流功率提高,目前质子束窗单层膜结构形式已无法满足CSNS-II 500 kW的高功率需求,因此开展CSNS-II质子束窗研制,设计出双层膜中间通水的冷却结构,完成质子束窗双层膜的薄膜半径、薄膜厚度、水冷槽长度与宽度、对流换热系数等各参数对质子束窗温升与热应力的影响分析。通过冷却水需求分析得出,冷却水流速需大于15 L/min。通过质子束窗主体的流固耦合分析,消除箱体内部死水区域。最终优化后质子束窗薄膜位置最高温度47.8 ℃,薄膜位置最高热应力30.758 MPa。通过FLUKA软件对质子束窗材料的辐照损伤性能进行分析,在每年5000 h工作时长、500 kW高功率束流的辐照下,辐照损伤DPA计算值为1.285 DPA,质子束窗的安全使用寿命在7年以上。
质子束窗 热分析 流固耦合分析 辐照损伤 proton beam window thermal analysis fluid structure coupling analysis irradiation damage 强激光与粒子束
2023, 35(12): 124005
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春30033
2 中国科学院大学,北京100049
3 中国科学院 空间光学系统在轨制造与集成重点实验室,吉林长春100
4 北京胜泰东方科技有限公司,北京10002
为实现真空100 K低温环境中的红外设备测试,设计了一种离轴三反式的准直系统。该系统采用无热化设计,整机结构选用SiC材料,在镜体与支撑结构连接处采用C形开口胀销作为柔性结构,补偿连接结构的低温变形。系统整体除反射镜外,其余部分全部包裹在低温辐射冷板内。低热导绝热支撑结构在热传导链中起热屏蔽作用,实现系统的绝热支撑和快速制冷。在100 K低温环境下对单镜进行仿真分析,主、次、三镜的面形误差均小于λ/50;整机分析得到主、次、三镜的面形误差均不大于λ/30。常温下系统各个视场波前差在λ/14~λ/8内,低温下系统视场波前差在λ/8~λ/7内,根据瑞利判据可认为波面无缺陷。当λ=632.8 nm时,常温下系统在50 lp/mm频率的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)大于0.7;低温下的MTF大于0.6,满足系统在50 lp/mm MTF大于0.6的使用要求。仿真结果表明,准直系统可以在100 K真空环境中稳定输出平行光,满足低温红外设备的测试需求。在快速辐射制冷材料级实验中,历经18 h,温度稳定在130 K;历经30 h,SiC镜坯温度稳定在110 K。该实验验证了SiC反射镜快速辐射制冷的可行性。
光学系统设计 准直系统 离轴三反系统 红外 光机热分析 低温 optical system design collimation system off-axis three-mirror system infrared optical mechanical thermal analysis low temperature
1 中国运载火箭技术研究院,北京 100076
2 北京空间飞行器总体设计部,北京 100094
3 首都航天机械有限公司,北京 100076
为了保证应用平台在轨任务期间的星敏感器正常工作,需要对其进行热设计。结合微型星敏感器组件的空间环境外热流、安装布局以及工作模式等条件,在热分析优化的流程上考虑了光机热等多种因素影响,设计了微型星敏感器组件的热控方案。该热控方案提出采用主动电加热以及遮光罩与星敏本体均温化的设计思路,解决了微型星敏感器组件在轨期间的空间热环境复杂、温度控制要求高、散热途径受限于安装结构等问题,保障了微型星敏感器组件有效、可靠的工作。建立了I-DEAS /TMG 有限元分析模型,开展了高、低温工况下的星敏感器组件的热控仿真,分析了星敏感器组件的温度分布以及均匀性等仿真结果,最后进行了地面试验,验证了热控方案的正确性,满足星敏感器组件热设计要求。文中工作可为后续在轨平台的微型星敏热设计提供参考。
热设计 热分析 微型星敏 thermal control design thermal analysis micro star sensor 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220116
福耀玻璃工业集团股份有限公司, 福清 350301
将非线性非指数方程离散为一系列连续的小温度区间的差分形式, 用差式扫描量热仪(DSC)对升温速率为10 ℃/min、降温速率分别为10、50、100 ℃/min的玻璃粉末样品进行比热实验测试, 基于粒子群算法开发了参数识别工具, 进行TNM模型参数拟合, 获得了玻璃材料结构松弛的4个可调参数, 为进一步研究数值模拟提供了本构参数。
钠钙硅玻璃 结构松弛 热分析 粒子群法 TNM模型 soda-lime-silica glass structural relaxation DSC testing particle swarm optimization method TNM model
1 常熟佳合显示科技有限公司,常熟 215500
2 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉 430070
设计玻璃组成及晶化工艺提高Li2OAl2O3SiO2微晶玻璃的强度是当前亟需解决的问题。本文通过熔融浇铸法制备了具有特定组成的Li2OAl2O3SiO2玻璃,通过两步热处理方法制备了高强度半透光微晶玻璃。差示扫描热分析结果显示玻璃的转变温度为532 ℃,且有多个析晶峰。热处理后,X射线衍射证明了玻璃中析出以Li2Si2O5、LiAlSi3O8、LiAlSi4O10为主晶相的晶体,且随着热处理温度的上升或时间延长,透锂长石逐渐转变为锂辉石晶相,晶粒尺寸也从70 nm(热处理条件为:750 ℃,0.5 h和780 ℃,10 h)生长至340 nm(热处理条件为:820 ℃,0.5 h和850 ℃,4 h),微晶玻璃从半透光转变为完全乳浊。微晶玻璃具有优异的机械性能,维氏硬度最大可达9.15 GPa,环上环的最大负载可达1 335 N,最大整机跌落高度可达162 cm。此微晶玻璃可用于手机等电子器件的背板保护玻璃。
微晶玻璃 维氏硬度 热分析 机械性能 热处理 熔融浇铸法 glass ceramics Vickers hardness thermal analysis mechanical property heat treatment meltquenching mehtod