1 北京信息科技大学 光电测试技术与仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变，严重影响探测精度，而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题，提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变计算分析，得到结构整体和局部热加载下温度场和应变场分布特征及变化规律。设计构建热应变光纤监测试验系统，对卫星天线结构模拟试件进行热加载光纤测量试验，测试分析热应变光纤监测精度，验证了方法的有效性。研究结果表明，在−120~120 ℃温度变化范围，利用光纤布拉格光栅传感器和温度解耦方法监测温度和热应变的相对误差分别为1.02%和2.45%；在30~100 ℃局部热加载作用下，结构温度场和应变场的重构误差分别为3.24%和6.61%。该方法在卫星结构在轨监测领域中具有良好的应用价值与前景。
遥感卫星 在轨监测 光纤传感 热应变 热控制 remote sensing satellite in-orbit monitoring optical fiber sensing thermal strain thermal control 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220202
1 锦州中理外轮理货有限公司, 辽宁 锦州 121000
2 中国洛阳电子装备试验中心, 河南 洛阳 471003
介绍了热控制设计的目标和基本原则, 在热控制方法上, 详述了元器件布局、热屏蔽、模块自然散热等自然冷却设计方法, 并结合实际应用进行了举例说明；给出了热分析流程和注意事项, 对开展热试验提出了切实有效的试验方法, 最后就如何提高热设计水平给出了一些感悟和建议。
电子设备 热控制 热分析 electronic equipment heat control heat analysis
利用二氧化钒(VO2)的饱和吸收性质, 通过消逝场吸收的方式对波导激光进行调节, 实现了皮秒脉冲激光输出; 通过控制VO2的温度可对输出激光的脉冲宽度、重复频率和能量等进行调控。在VO2薄膜从绝缘相过渡到金属相期间, 通过测量复合光波导(掺杂钇铝石榴石波导表面附着VO2)的激光输出, 可直接观察到VO2的可饱和吸收性质。VO2薄膜与波导模式这两者之间通过消逝场相互作用, 使得VO2对光的吸收显著增加。受益于VO2独特的热驱动光学性质, 在1064 nm处, 波导激光在皮秒脉冲和连续波机制间可有效切换。由于VO2薄膜可饱和吸收的热滞特征, 通过冷却或加热处理, 在相同的温度条件下, 复合波导可产生连续激光和皮秒脉冲激光。这项研究为在芯片级平台上实现热控制有源集成光源提供了一种方法。
材料 薄膜 调Q 热控制
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学研究生院, 北京 100049
在极端低温情况下, 为保证高空相机镜头光学系统温度满足设计要求, 结合被动热控和主动热控进行相机光机系统的热设计.以聚酰亚胺为隔热材料进行被动热控, 增大相机内部与外界的热阻, 减弱外界低温环境对镜头温度的影响.采用电加热膜加热对相机镜头进行主动热控, 在WorkBench有限元软件中建立镜头和窗口组件的传热模型, 分析载荷构成, 加载加热功率载荷、热对流载荷和热辐射载荷, 进行稳态热分析.结果表明, 在六个加热区, 当加热功率分别为12、17、22、17、10、13 W时, 相机光学系统的温度控制在18℃～22℃范围内, 满足热控设计要求.
热设计 被动热控制 主动热控制 电加热膜 稳态热分析 Thermal design Passive thermal control Active thermal control Electric heating film Steady-state thermal analysis
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对空间热开关在深空探测器热控制、空间制冷机等航天器热控制领域中的重要应用, 本文综合评述了空间热开关的概念、分类情况、结构组成、关键指标、以及不同种类空间热开关的优缺点。介绍了近年来国内外空间热开关的最新研究成果和进展。对目前已报道的研究工作进行了总结, 指出了今后研究工作的几个重点方向。作者认为: 考虑空间热开关的不同工作环境和导热需求以及空间探测领域的不断扩展, 高开关比、高可靠性的高性能空间热开关将是未来的研制重点。另外, 与空间热开关相关的部件和制造工艺也会受到进一步关注, 如各种新型驱动器的研制, 新的热控涂层和处理工艺以及相关元件的精密加工与装配技术等。
空间热开关 航天器 热控制 开关比 闭合时间 space heat switch spacecraft thermal control switch ratio switch actuation time
1 杭州电子科技大学 机械工程学院, 浙江 杭州 310018
2 浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
针对无线传感器热电耦合自供能存在的输出电量低和电压波动等问题, 提出一种新型能量管理系统电路拓扑结构及基于最优时间的充放电控制策略, 以保证自供能无线传感器在各种主轴转速条件下稳定工作。建立了机床主轴的热网络模型, 分析了热发电能量管理系统输入特性。然后, 设计了能量管理系统的多电容电路拓扑结构, 并通过电容充放电时间参数的优化计算, 获取最优的热发电平均输出功率。实验研究证实了在主轴不同转速下热发电构件及能量管理系统可以使无线传感器稳定的工作。对不同的电容充电和放电时间设置方案进行了比对, 验证了最优时间控制策略的优越性。最后, 利用热电耦合自供能无线传感器和传统有线传感器所监测的温度数据分别进行了主轴轴向热变形建模实验, 结果表明: 采用无线传感器可以监测有线传感器难以配置的主轴核心部件, 从而获取和主轴热变形具有更高相关性的温度数据, 使所建热变形预测模型的误差减少约40%以上。
数控机床 能量管理系统 无线传感器 主轴 机床 热控制 Numericd Control Machine(NCM) power manager system wireless sensor spindle machine tool thermal control
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
研究了紫外成像光谱仪热控制的特点, 指出采用常规热设计理念对紫外成像光谱仪散热容易造成散热面面积大、主动加热功耗高等问题。基于热管理技术, 提出采用统一收集和综合管理仪器热源产生热量的方法来解决紫外成像光谱仪的热控制问题。对紫外成像光谱仪的热设计验证试验表明: 低温工况下整机平均温度变化为18～20 ℃, 最大轴向温差变化为1.0～2.4 ℃; 高温工况下整机平均温度变化为18～24.5 ℃, 最大轴向温差变化为1.2～3.3 ℃; 均满足热控指标要求。结果显示: 采用热管理技术综合收集和管理热量能够提高能量利用率、有效降低热控系统规模。提出的方法对其它空间光学遥感器的热控制具有一定参考意义。
空间光学 热管理技术 紫外成像光谱仪 热控制 热试验 space optics thermal management technique ultraviolet imaging spectrometer thermal control thermal test
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 100039
由于长焦距相机中支撑桁架的温度变化会降低光学系统成像质量, 本文研究了空间相机支撑桁架的热控设计。根据某高分辨相机的结构参数、光学系统对支撑桁架温度的要求及卫星的轨道参数分析了桁架杆的吸收外热流并确定了加热功率; 讨论了桁架热平衡公式, 并确认桁架杆的轴向温差主要与桁架杆加热片功率和加热片粘贴位置有关。在对桁架杆简化数学模型理论分析的基础上, 得到了杆的温差方程, 进而提出两种满足支撑桁架精确控温的热设计方法: 增大加热片面积和增加杆的等效导热率。实验证明了新型导热材料PGS(Pyrolytic Graphite Sheet)可以很好地满足支撑桁架等效导热率及轻型化的要求, 使用0.076 mm厚的PGS时, 可以将支撑桁架的轴向温差由7.9℃减小为0.83℃, 且每根桁架杆质量只增加12 g。最后, 通过热分析模型进行仿真实验, 证明了理论分析的正确性, 通过对桁架杆温差测量试验和热真空试验, 验证了仿真分析结果和PGS的空间适应性。 得到的结果证明了本文提出的空间桁架的精确控温方法是适用且有效的。
空间相机 支撑桁架 精确控温 热控制 space camera supporting truss precision temperature control PGS Pyrolytic Graphite Sheet(PGS) thermal control
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为确保工作在高空复杂环境下的光学遥感器获得高分辨率、高质量的目标图像，对透射式高空光学遥感器的热控制技术进行了研究。分析了光学遥感器的结构特点及航摄时的外界热环境，建立了光学遥感器的热交换模型，详细计算了传导换热、对流换热系数、气动热等热边界条件。针对该光学遥感器的热控指标，详细阐述了热设计方案。利用IDEAS-TMG软件进行了瞬态热仿真分析，并进行了热平衡试验和热光学试验。分析与试验结果表明，在模拟的高空低温低压环境下，2 h内透镜组温度水平为20 ℃±1.5 ℃，轴向温差不大于3.1 ℃，径向温差不大于1.9 ℃，CCD组件温度范围为20 ℃～29.4 ℃，均满足热控指标要求；照相分辨率为51.5 lp/mm，满足设计指标要求。分析与试验结果证实了设计方案的合理性与有效性。该研究方法和技术路线可为其他高空光学遥感器热控设计提供一定的参考。
遥感 高空光学遥感器 热控制技术 对流换热 热分析 热试验
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 空间光学部,吉林 长春 130033
为了实现大功率焦平面器件(FPA)的热控制,根据焦面组件的结构特点,通过仿真计算与试验相结合的方法,对大功率焦平面的热控设计进行了研究。介绍了大功率焦平面器件的主要热设计要求,分析了大功率焦平面器件、小散热空间并安装在移动构件上的焦面组件热设计的特点。利用I-DEAS有限元分析软件建立了热分析计算模型,并利用TMG模块进行分析计算。进行了试验验证,并根据试验给出了焦平面器件升温拟合曲线。最后,根据热设计实例提出如何合理地选择大功率焦平面器件的热控制方式。结果表明,50 W大功率焦平面器件连续工作2 min时,在有12 ℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件＜35 ℃,满足焦平面器件设计要求。
焦平面 焦面组件 热控制 热设计 CCD CCD focal plane focal plane assembly thermal control thermal design 光学 精密工程
2008, 16(11): 2187
