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  • 名称: 外太空环境模拟试验舱
  • 编号: 1024

品牌:和晟【HESON】

型号:HS-2P-ZQ

品名:热真空试验箱

信息7

 

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信息6

 

浩瀚无垠的太空对人类来说既熟悉又陌生。熟悉,是因为载人航天活动已经开展了几十年,人进入太空已有数百次了;陌生,是因为太空环境如此复杂,以至于每次载人航天活动,仍充满着无数变数和巨大风险。面对复杂多变的载人航天环境,航天员只有在地面作好充分试验和训练准备,才能圆满完成载人航天飞行任务。

 

地面试验和训练离不开模拟技术、模拟设备。要了解模拟技术和模拟设备,首先要认识载人航天环境。

 

 

(1)真空环境及模拟

 

在载人航天器所处的500千米轨道高度上,空间真空度为10-6帕左右;在1 000千米的轨道高度上,空间真空度为10-8帕左右。

 

在进行航天器和舱外航天服空间环境热模拟试验(主要是热真空试验和热平衡试验)时,关注的问题主要是真空环境对试件热特性的影响。真空度达到10-2帕以上时,辐射传热已经成为主要的传热形式,对流和传导传热的效应已经可以忽略。因此,空间模拟设备模拟的真空度达到10-3帕数量级,已经能够较为真实地模拟航天器飞行轨道真空环境的热交换效应,不必追求更高的真空度。只有一些特殊的试验,如真空干摩擦和冷焊试验等,才需要提供更高真空度的试验设备。

 

 

(2)太阳辐照环境及模拟

 

太阳每时每刻都在向宇宙空间辐射巨大的能量,太阳光的波长覆盖从10-14米(γ射线)到104米(无线电波)的宽阔区域,不同波长的太阳光,辐射的能量也不同。可见光辐射的能量最大,可见光和红外光的辐射能量占太阳总辐射能量的90%以上。

 

在轨道飞行中,航天器和舱外航天服主要接受三部分辐射能量:来自太阳可见光和红外辐射的能量、地球反射太阳辐射的能量和地球大气的热辐射能量。航天器和舱外航天服吸收的这些能量影响其温度及分布,吸收能量的大小取决于其结构外形、表面材料特性和飞行轨道。波长小于300纳米的紫外线,辐射能量虽然只占太阳总辐射能量的极小部分,但会使材料表面的光学性能发生很大的变化。紫外辐射效应主要表现为光化学效应和光量子作用。

 

太阳辐射模拟试验可以模拟太阳辐射环境对航天器和舱外航天服产生的太阳光谱热效应和太阳光谱光化学效应。如果仅模拟热效应,则称为空间外热流模拟。模拟空间外热流有两种方法,一类是入射流模拟法,也称为太阳模拟法;另一类是吸收热流模拟法,又称红外模拟法。一般外形和表面材料形状复杂的试件,宜采用太阳模拟法;外形规则,表面材料形状单一的试件,则可采用红外模拟法。如果需要模拟紫外辐照环境的光化学效应,可利用紫外辐照模拟器进行。

 

 

(3)空间冷黑环境及模拟

 

宇宙空间冷黑环境的等效温度约为3K,热吸收率为1,可以看作是没有热辐射和热反射的理想黑体。当没有太阳辐照时,宇宙空间是一个完全“冷”和“黑”的空间。在这个冷黑环境中,物体发出的所有热能被完全吸收,因此也被称为热沉环境。冷黑环境对航天器和舱外航天服的热性能有极大的影响,研制航天器和舱外航天服,必须在模拟的冷黑环境中进行充分的热真空和热平衡试验,验证其热设计和热性能是否满足要求。

 

为了模拟空间冷黑环境,通常使用铝、铜或不锈钢材料制成的构件,将其内表面涂上高吸收率的特制黑漆,并将液氮通入构件内部,这种装置称为热沉。目前,世界各航天国家均采用这种以液氮作冷源的热沉来模拟空间冷黑环境,因为热分析理论计算和试验数据分析表明,用77K液氮温度和吸收率为0.9以上的热沉来模拟空间冷黑环境,模拟误差仅为1%左右,完全能够满足冷黑环境模拟试验的要求。另外,追求更低的温度是不必要的,而且会大大增加技术难度和模拟设备的投资。

 

 

一、设备组成及技术指标

1、设备名称

真空环境试验箱     一套。

2、 设备用途

      真空环境试验箱【Thermal-vacuum test chamber】主要用对空间飞行器的组件、单机等产品,在热真空环境模拟设备内进行热真空(高温和低温)环境联合作用下, 作性能检验和可靠性试验。

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3、设备组成

真空环境试验箱备由真空容器、真空抽气系统、热沉、红外加热笼、电气控制及环境参数检测系统等组成。

4.主要技术参数

4.1、真空容器

真空容器为卧式圆筒结构,一端为开启大门。容器有效尺寸:φ800×1200mm。(直边长度为1200mm),

4.1.1、真空抽气系统:

真空抽气系统分为分子泵机组、粗抽泵为油泵以及阀门、管道等配套件组成。

4.1.2、常温时空载极限压力: ≤6.7×10-5Pa(需烘烤)

4.1.3、低温空载极限压力(≤100K时): ≤2.0×10-5Pa。(需烘烤)

4.1.4、工作真空度: (产品为航空插件) ≤5.0×10-5Pa; (需烘烤)

4.1.5、抽气时间:30min~1h

4.1.5.1、常温空载;热沉表面温度:5.0×10-3Pa,从预抽开始≤20min;

4.1.5.2、常温空载;热沉表面温度:5.0×10-4Pa,从预抽开始≤30min;

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4.2、热沉:

4.2.1、有效尺寸φ450×900mm(直边长度),

4.2.2、热沉表面温度: ≤200K

4.2.3、均匀性:±5℃

4.3.1、表面温度≤+130℃,控温精度,±3℃

4.4 、试件温度范围;极限温度-70℃~+130℃。

4.4.1、控制精度;误差≤±1℃,

4.4.2、升温速率;≥2℃/min,

4.4.3、降温速率;≥2℃/min;

4.6、低温系统:机械制冷。

4.7、设备无间断工作时间;20天以上。

4.8、设备单独接地;接地电阻不大于2Ω。 

4.9、试验箱侧面留有电源法兰,针数≥55芯,满足1000V耐压5mA漏电流要求。

5.、系统配置与方案说明;

5.1、真空容器  

真空容器为卧式圆筒结构,一端为开启大门,一端为蝶形封头,真空容器和封头采用0Cr18Ni9(304)不锈钢制作,底座采用碳钢制作,焊接采用内环缝氩弧焊。主罐体内做高低温真空环境模拟0罐体制作关键工序控制:

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a.门法兰整体热处理,消除应力;

b.制造现场焊缝着色探伤,再氦质谱检漏,总体漏率为≤1×10-6Pa.L/S;

c.罐体内壁抛光,粗糙度为0.8~1.6。发黑处理。

d.漏率≤1×10-6PaL/S。检漏设备;氦质谱检漏仪检漏。

5.1.1、真空室材料规定

a. 材料:采用0Cr18Ni9不锈钢板圈制,采用0Cr18Ni9不锈钢碟形封头

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b. 参考文件:

     GB150-1988《钢制压力容器》、《真空设计手册》。

5.1.2、主罐体内部;

容器内部下半部约45°位置,焊有主热沉安装导轨。

主热沉内部下半部约45°位置,安装有红外加热笼安装导轨。

容器大门封头和底部封头上下,焊有安装大门和底部热沉的安装吊块。

容器设照明灯一个。

热沉系统

热沉制作关键工序的控制:

a.紫铜管在焊接前进行20kg耐压强度测试保压10分钟及退火处理。

b.所有不锈钢管材100%进行探伤筛选。对支管与翅片焊接后每一根进行100%氦法质谱检漏,漏率≤5×10-7Pa.L/S,满足漏率后再进行总装(焊接),

c. 焊接完成后将药粉清洗表面再进行氦质谱检漏,漏率≤5×10-7Pa.L/S。

d. 漏率合格后再进行高低温冲击试验三次(高温150℃。低温200K),再次进行氦质谱检漏,漏率≤5×10-6Pa.L/S。

主热沉

主热沉是该设备提供低温环境的主要部件。可提供≤200K的低温。

主热沉为筒式盘管结构。为满足温度均匀度内管管路分二路进出液。

主热沉由2mm厚紫铜板为主体材料,有效尺寸为φ450×900mm(直边长度)。主热沉外侧焊有φ14×1.5mm的紫铜管。连接方式为银焊焊接。

主热沉固定在外部的不锈钢框架上,框架外还包裹着0.5mm厚的不锈钢镜面板进行隔热屏蔽。可防止在长时间低温情况下容器外壁凝水或凝露发生。

主热沉与框架间用聚四氟乙烯进行隔热,以减少主热沉的冷量的损失。

热沉内侧安装有红外加热笼的安装导轨。外出侧安装有固定脚,用于进入真空容器后固定

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外太空环境模拟试验舱

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