航天器多层隔热材料边缘漏热分析与设计
Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｅｄ ｇ ｅ Ｈｅ ａ ｔ Ｌｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｓ ｐａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ Ｉ ｎｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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第３ ５卷 第 １期
２ ０ １ ４年 １ 月
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航
学
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Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． １
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航 天 器 多层 隔 热 材 料 边 缘 漏 热 分 析 与 设 计
热的影响。比较了多层 隔热 材料周边不包覆 和进行包覆 两种情况 下的边缘 漏热大小 ， 得到 了对 周边进行包 覆时 的 漏热量 比不封 闭情况下 的漏热量更大 的结论 ， 并给出了减小边缘漏热的设计 。本文 的分 析结果能够 为多层 隔热组 件 的优化设计 提供一定依据 。 关键 词 ：多层 隔热 ；边缘漏热 ；航天器 ；复合传热 中图分类号 ：Ｖ ４ ４ ４ ． ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ０ — １ ３ ２ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ － ０ ０ ７ ６ － ０ ７
戴 勇超 ，王新升 ，黄 海 ，郭 静
（ 北京航空航天大学宇航学院 ，北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
摘
要 ：推导了高真空多层 隔热 材料 （ ＭＬ Ｉ ） 的一维传热半经验公 式 ， 结合文献实 验数据反演 了屏间 固体 导热
系数 和反射屏 发射 率。以此 为基础 ， 采用有限元方法建立 了多层隔热组件的二维稳态 辐射和导 热的复合传 热数值 分析模型。定 量分 析了影响隔热性 能的多个 因素（ 如安装面积 、 层密度 、 压敏 胶带的导热 系数 和发射率 ） 对边 缘漏
ＤＡＩ Ｙ ｏ ｎ ｇ — ｃ ｈ ａ ｏ ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ，ＨＵＡＮＧ Ｈａ ｉ ，ＧＵＯ Ｊ ｉ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｅ ｄ ｇ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｗ ｉ ｌ ｌ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ ｉ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ（ ＭＬ Ｉ ）ｃ ａ ｎ’ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｄ
航空器的热管理技术与应用研究探讨与分析
航空器的热管理技术与应用研究探讨与分析在现代航空领域，航空器的性能和可靠性在很大程度上取决于其热管理系统的有效性。
随着航空器的飞行速度不断提高、电子设备日益增多以及任务需求愈发复杂，热管理技术面临着越来越严峻的挑战。
深入研究和探讨航空器的热管理技术及其应用，对于提高航空器的整体性能、保障飞行安全具有至关重要的意义。
一、航空器热管理技术的重要性热管理对于航空器而言绝非小事。
航空器在飞行过程中，会受到多种因素的影响而产生大量的热量。
比如，发动机的燃烧过程、空气摩擦、电子设备的运行等等。
如果这些热量不能得到及时有效的散发和管理，将会导致一系列严重的问题。
首先，过高的温度会影响航空器部件的性能和寿命。
例如，高温会使发动机的效率降低，增加燃油消耗，同时还可能导致发动机部件的磨损和故障，缩短其使用寿命。
其次，对于航空器上的电子设备来说，高温是它们的“大敌”。
电子元件在高温环境下工作，容易出现性能下降、误操作甚至损坏的情况，这将严重影响航空器的通信、导航和控制系统的正常运行。
再者，热问题还可能威胁到航空器的结构安全。
长期的高温作用可能会导致结构材料的强度降低，从而影响航空器的整体结构稳定性。
因此，良好的热管理技术是确保航空器正常运行、提高可靠性和安全性的关键所在。
二、航空器热管理技术的分类航空器的热管理技术多种多样，根据不同的原理和应用场景，可以大致分为以下几类：1、空气冷却技术这是一种较为常见的热管理方式。
通过利用航空器飞行时周围的冷空气，将热量带走。
例如，在发动机的冷却系统中，冷空气通过散热器与高温的冷却液进行热交换，从而降低冷却液的温度，实现对发动机的冷却。
2、液体冷却技术液体冷却通常具有更高的热容量和传热效率。
在一些对散热要求较高的部位，如高性能的电子设备，会采用液体冷却系统。
冷却液在系统中循环流动，吸收热量后在散热器中散热。
3、热管技术热管是一种高效的传热元件，它利用工作液体的相变来实现热量的快速传递。
空间多层打孔隔热材料热分析数值方法研究
维普资讯
中 国空 问 科 学 技 术
维传 热 过 程 。多 层 打 孔 隔 热 材 料 结 构 示 意 图如 图 １ 示 。该 隔热材 料有 Ｎ 层反 射 屏 ， 所
研究 以及 优化 设计 打下 基 础 。
２ 热分析数值计算模 型
（ ）计算 方程 １
多层 打孔 隔热 材料 内存 在 多种 形式 的传 热 ：间 隔物 之 间 以及 间隔 物 与反 射 屏 之 间 的 固体 导 热 、 气体 导热 、气 体在 间隔物 空 间的 自然对 流换 热及 反射 屏 之 间有 间隔物参 与的辐 射 换热 。由于工 作 于 空 间环境 的多 层打 孔 隔热材 料 中 自然对 流换 热量 很小 ，本 文计 算 中忽 略气 体 的 自然对 流换 热 。在 实 际 的应用 中 ，多层 打孔 隔 热材料 的铺设 面积 往往 较大 ，其 横 向尺 寸 比厚 度 更 大 的多 ，并且 采取 一定 的措 施减 小横 向 的漏热 ，所 以本 文 中将 多层 打孔 隔热 材料 中传 热 过程 简化 为垂 直 于反 射屏 方 向 的一
笙 旦
ＴＥ ｎ
并且为等温体。表面 ０为航天器舱体外表 ｊ
面 ，假定 表 面 ０温 度 恒 定 ，Ｔ ＝３ ０ ｏ ０ Ｋ。反 射 屏上 打 了一定 数 量 的孔 ，其 中 反 射 屏 Ｎ 与深冷 空 间环 境 接 触 ，在 模 型 中 将 空 间环 境也 假 定 为 一 个 屏 ，如 图 １中 的 屏 Ｅ ｎ所 示 ，这样 将 空 间环 境 和 多 层 隔热 材 料 作 为 个 整 体 有 利 于 边 界 条 件 的 处 理 ，此 时 屏 Ｅ ｎ温度 一定 ，Ｔ Ｋ【 。 Ｅ：４ ３ ］ ０
航空航天热防护材料-事故原因及材料分析(北京航空航天大学公开课资料)
航空航天热防护材料-事故原因及材料分析美国“哥伦比亚”号航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷，是造成整起事故的祸首。
“哥伦比亚”号航天飞机事故调查委员会去年公布的调查报告称，外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名为“增强碳碳”（即增强碳-碳隔热板）的材料。
当航天飞机返回时，经过大气层，产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。
事故发生后，由于无法迅速找回事发时的泡沫材料和燃料箱进行检验，宇航局和事故调查委员会一直没对事故原因作出最终定论。
目前，“哥伦比亚”号外部燃料箱约50万块碎片已被找到并重新拼在一起。
宇航局负责“哥伦比亚”号外部燃料箱工程的首席工程师尼尔·奥特说，宇航局经多次试验确定，泡沫材料安装过程有缺陷是造成事故的主要原因。
美国航天史上曾发生过3起巨大灾难。
第一起是1967年1月27日“阿波罗”号飞船升空时爆炸，3名宇航员遇难；第二起是“挑战者”号航天飞机1986年1月28日升空时爆炸，包括1名女教师在内的宇航员全部遇难；第三起是2003年2月1日，“哥伦比亚”号航天飞机在完成16天的太空研究任务后，在返回大气层时突然发生解体，机上7名宇航员全部遇难。
空难发生后，由美国宇航局(NASA)支持组成了由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组[1]。
调查组对飞机残骸进行了原位重组、残骸材料的冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞机爆炸的原因。
“哥伦比亚”号航天飞机的爆炸，震惊了世人，同时也引起了人们对材料的关注，从材料分析揭开了“哥伦比亚”空难之谜。
1“哥伦比亚”号航天飞机残骸材料的冶金分析“哥伦比亚”号航天飞机1981年4月12日首次发射升空，是美国资格最老的航天飞机。
“哥伦比亚”号机舱长18m，舱内能装运36 t重的货物，外形像一架大三角翼飞机；机尾装有3个主发动机和1个巨大的推进剂外贮箱，里面装有几百t重的液氧、液氢燃料，它附在机身腹部，供给航天飞机燃料进入太空轨道；外贮箱两边各有1枚巨型固体燃料助推火箭。
【doc】资源-1卫星多层隔热材料在轨温度数据分析
资源-1卫星多层隔热材料在轨温度数据分析第17卷第5期2008年9月航天器工程SPACECRAFTENGINEERINGV o1.17No.525资源一1卫星多层隔热材料在轨温度数据分析李国强(北京空间飞行器总体设计部,北京100094)摘要在分析资源一1(O2)卫星多层隔热材料外表面遥测温度数据的基础上,给出了3O个月在轨条件下多层隔热材料外表面的温度变化规律与外热流的关系,得出了多层隔热材料面膜表面热光学性质在卫星入轨5天后其性能退化随时间变化很小的结论.并提出了如何对多层隔热材料进行在轨设计和试验的建议.关键词资源卫星多层隔热材料在轨退化中图分类号:V444.3文献标志码:A文章编号:1673—8748(2008)05—0025—07 AnalysisfortheIn—orbitTemperatureofMLIofCBERSLiGuoqiang(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering,Beijing100094,China)Abstract:Onthebasisofananalysisofthein—orbittemperaturedataofCBERSmultilayerinsula—tor(MLI)outersurfacefilm,thetemperaturechangerulealongwithorbitheatfluxwasfoundi nthissatelliteorbit.Thirtymonths'datashowthattheMLIoutersurfacetemperaturechangewit hdifferentdirectionofthesatelliteandtheMLIoutersurfacethermo—opticalpropertydegenerationwouldnotmuchwithin5daysafterthesatellitehasbeenlaunched.Adviceforthermaldesigna ndtestoftheMLIiSgiven.Keywords:CBERS;multilayerinsulator(MLI);in—orbit;degeneration1引言资源一1卫星是由中国和巴西联合研制的传输型地球资源观测卫星,又称中巴地球资源卫星一1(CBERS一1),01卫星在轨运行近4年,02卫星于2003年10月21日发射,迄今也运行正常.利用卫星的在轨数据,对卫星的在轨性能进行分析,评价,验证卫星设计的正确性,发现卫星设计的薄弱环节,对提高卫星总体和分系统的设计水平,提高卫星设备的可靠性有重要意义.空间带电粒子,紫外线辐照等是引起星体外表面热控材料性能退化的主要因素.资源一1(02)卫星表面绝大部分热控材料为多层隔热材料组件,对卫星起着隔热保温作用,由于其隔热性能极佳,故性能的变化对星内仪器设备的温度影响很小.本文主要根据资源一1(02)卫星在轨遥测温度数据,针对多层隔热材料(以下简称MLI)这种常用被动热控措施的在轨性能进行分析.2卫星及热控分系统简介资源一1(02)卫星(CBERS一1(02),图1)运行在高度为778km的太阳同步轨道上,寿命为2年,采用三轴稳定的姿态控制.卫星本体尺寸为1980mm×1780mm×2180mm.全星包括两个仪收稿日期:200712—07;修回日期:2008—05—30基金项目:国家重大科技专项工程作者简介:李国强(1971一),男,硕士,高级工程师,现从事航天器热设计及研究工作. 26航天器T程器舱,即服务舱和有效载荷舱.采取单翼的太阳电池阵,总重145Okg.卫星表面热控状态见图2.图1资源一1卫星Fig.1CBERSinorbit豳$781白漆区域圜ORS区域A向弯热管口多层隔热材料区域……一预埋热管图2卫星本体表面热控状态示意Fig.2CBERSthermaldesignstate卫星对热控分系统要求设计简单,可靠,能够满足星上各种不同仪器设备的工作温度要求,并能适应星载仪器工作模式的变化].因此,热控设计采取了以被动式热控制为主,辅以电加热的主动热控制方式,设计方案通过建立热网络模型进行了详细描述和分析.在设计中,采用了模块化和等温化的先进热控设计方法,进行了整星瞬态热网络分析和试验,获得了良好的效果_3].至2008年4月21日,资源一1(02)卫星已在轨运行4年零6个月,远超过2年设计寿命.从在轨运行的遥测温度可知:在4年多的轨道运行期间,主要热控材料和器件均未出现任何异常,所用的热管起到了拉平温度的作用,所有加热器都能按设计要求工作;加热控制器控温功能和性能均满足设计要求,其他热控材料,器件及设备,也按设计要求工作.由于资源一l(02)卫星从1997年和01卫星一起进行的热控部装,并经历了3年多时间用于地面总装,测试,试验等,由此说明星上所使用的热控材料,器件及控温设备(所使用的电子元,器件)经历了6年半地面储存和试验,并且至少经受了4年半在轨运行的考验,因此,热控分系统用于长寿命卫星上是可靠的.3多层隔热材料的温度变化统计为得到太阳同步轨道MLI的在轨温度数据,在卫星每个朝向,各种涂层上至少布置了一个测温点,主要为今后此类轨道热控设计积累数据.本文涉及的MLI,由双面镀铝聚酯薄膜和涤纶网组成,其外表面使用的是35m厚单面镀铝聚酰亚胺膜.表1列出了布置在MLI外表面的热敏电阻遥测温度的在轨最低值和最高值.MLI均工作在合适的温度范围内,本文给出的是卫星在轨运行前3O个月的遥测数据.表1MLI外表面温度统计Table1TemperatureofMLIoutersurface℃遥测代号位置在轨最低在轨最高设计要求BO63SMMLI+X向外表面一89.8896.OO196～+12OB066SMMII+y向外表面一74.26—29.74——196～—一120 B069SMML1一x向外表面一89.40—0.54196～+12OB072SMML1一y向外表面一72.7079.94—196～+120B075SMMLI—Z向外表面一l82.0083.32—196～+l2OB095PMMII+x向外表面一81.3395.96一l96～+12OB103PMMLI+Z向外表面一39.6939.13—196～+12O3.1MLI温度与外热流的关系图3～10为MLI的在轨温度变化曲线.由于这些热敏电阻均安装在卫星外表面,其温度变化更多的受到了轨道外热流的影响.近地轨道航天器经受的最主要环境加热是太阳直射,地球对太阳的反射和地球红外加热Ⅲ.资源L第5期李国强:资源一1卫星多层隔热材料在轨温度数据分析27 卫星MLI的温度变化规律,与太阳同步轨道卫星的外热流特点是吻合的:卫星+y向为背阴面,因此MLI外表面温度较低,最高值也低于O℃;+Z面受到地球反照和红外热流的影响,温度波动较小,在±40~C内;其他表面则由于都有阳光直射热流,受到进出阴影的影响,温度波动较大.图3B063和B095(+X)在3O个月内的温度变化Fig.3B063andB095(+X)temperaturechangein30months日期图4B063(+x)在1个月内的温度变化Fig.4B063(+X)temperaturechangein1month另外,比较同一朝向上两个测点的温度变化规律(B063和B095),发现其温度变化规律相同,温度变化极值也相同,由于此2点分别位于服务舱和载荷舱,舱内热耗存在明显的差别(MU所在舱板在低温时温差37℃,高温时温差15℃,体现了卫星分舱隔热式_5的热控设计思想),而MLI外表面温度曲线几乎一致,说明MLI的隔热性能很好,其面膜的温度主要受外热流影响,内部热环境被很好地隔离开.由于数据较多,使数据曲线不易看清细节,因此给出了对于图3局部放大的图4和图5.其他位置测点的变化规律与此相同,不再给出具体细节曲线.从图4和图5看到,MLI按照轨道阳光区和阴影区的周期性温度变化.3.2太阳同步轨道MLI温度与朝向的关系卫星MLI在轨外热流分布特点,和资源卫星的在轨姿态及轨道特点是一一对应的.1)在阳光区,相对朝向MLI表面的温度呈互补情况,如+X面温度高时,一X面就处于低温水平,这和卫星轨道特点密切相关,因为卫星沿飞行方向轮流受到阳光的周期照射.另外,表1所示遥测数据中,+x面的高温端要比一x面的高温端高很多,这主要是遥测数据受地面观测站影响,可测控弧段短,在卫星进入中国上空后,仅能下传+X面受28航天器工程17卷太阳照射期间的数据,而此时一X面处于阴影,温控弧段,地面未接收到过一X面的最高温度.度较低;太阳照射～X面时,卫星已飞离中国可测日期图5B063在(十X)5天内的温度变化Fig.5B063(+X)temperaturechangein5days2)在阴影区,X/y各朝向温度基本相同,为一9O℃～一7O℃.但从表1可看到,尽管±X和±y这4个面对地状态一致,且在阴影区外热流只有地球红外辐射热流,此时这4个面处于最低温度水平,但各自温度并不相同,±X面比±y面要低16℃左右.分析原因,一y面温度高是由于受到太阳电池翼的遮挡和二次红外热流影响;而+y面则是由于该处热敏电阻位于一块尺寸较小的MLI上,MLI的漏热效应较大,使其外表面温度升高.3)+Y,+X,～X,+Z主要受地球反照和红外热流影响,与角有关,在6月2日附近时温度最高.另外,+y面处于背阳面,温度波动最小.4)一Y和一Z主要受到太阳直射影响,在冬至附近温度最高.一Z面没有地球红外辐射热流和地球反照热流,在阳光区受到较大的太阳辐射,所以温度波动最大.5)+Z面为对地面,外热流变化小,而接收的地球红外辐射热流又较大,所以温度波动较小,最低温度在各朝向中处于较高的水平.4MLI在轨运行趋势分析_.一翱器醪霹"if嘲图6B066(+y)在轨温度变化Fig.6B066(+y)in—orbittemperaturechange需焉季..'..奎.一——-一……''…一…一一一'图7B072(--y)在轨温度变化4.1长期温度变化Fig.7B072(--y)in—orbittemperaturechange我国多颗卫星的在轨飞行数据表明,多种热控即发生了很大退化.MLI是否也是这样,可以从卫涂层被认为在卫星人轨后的短时期内,表面热特性星发射最初几天MLI表面的温度数据得到,如图∞辨鲫∞0蚰柙钟∞芝赠第5期李国强:资源一1卫星多层隔热材料在轨温度数据分析29l¨#∞¨叫—"∞"}?∞删-幛qI姗1-19∞∞叫萱t∞峙一*r∞*H5枷5q2-"20惦—o.棚日期图8B075(一z)在轨温度变化Fig.8B075(一Z)in-orbittemperaturechange图9B103(十Z)在轨温度变化Fig.9B103(+Z)in—orbittemperaturechange一__一………呷''…r,q…{L+'蛳,-10-15~-'d42."?∞-∞2oo●?∞-112∞●?"i'撕-恍?"200S-∞,撕—∞-l'~-12-24删--o3日期图10B069(一X)在轨温度变化Fig.10B069(一X)in—orbittemperaturechangell所示.卫星遥测在前4天未收到阳光区的数据,仅收到了在阴影区的数据.但由于阴影区无阳光直射热流,所以数据不能作为涂层是否退化的依据.第5天以后阳光区数据表明:测点每天,每条轨道内的最高温度相同.这表明,如果涂层发生了退化,那么,退化应该发生在前5天内;而比较之后的数据发现,发射5天后直到3O个月,温度变化很小,因此,可认为MLI面膜表面热光学性质在入轨5天日期图11+XMLI在卫星人轨后前10天的温度变化Fig.11+XMLItemperaturechangewithinthe10daysafterlaunch后其性能退化随时间变化很小.表2和表3分别列出了2003--2006年卫星处于冬至和最大口角日(2月8日),MLI同一时刻的遥测温度变化.实际上,尽管有些温度变化,由于MLI极强的隔热特性,其对星内的温度变化影响非常小.另外,根据前面的MLI曲线可知,在这两个外热流典型数值的时刻,星外的MLI温度变化较小,数据间的偏差主要为遥测测量误差引起的测温值波动(资源一1 卫星遥测温度采用电压分层测量和8bit数模转换的方法.在表2,3所示的测温区间,测得的温差值对于遥测来说,仅有1—2个分层值的变化,在误差范围内).从数据可以看出MLI的退化已经完成,今后MLI的温度不会再有较大变化.4.2与地面分析值的比较由于MLI的较强隔热特性,使得可以根据其表面测得的在轨遥测温度值,推算相应朝向的空间外热流值,从而验证其表面的热光学特性参数退化.分别计算了卫星发射2个月后的冬至季节(2003年12月23日),+X朝向和一y朝向的在轨温度推算热流值和地面分析热流值进行比较,见图12和图13.在+X朝向中,取MLI表面太阳吸收比初值0.33,在轨热流计算值处于MLI太阳吸收比退化3O(0.43)和6O(0.53)之间(图12左图).但应该注意,此时阴影区的计算热流与在轨热流相差11W/m.,相差的热流为MLI的漏热.把阳光区的拟合热流加上l1w/m后,重新进行拟合,当太阳吸收比取退化45(0.48)时,与在轨遥测值相符,如图12(右).拟合一y面的热流值,可以得到相同的结论,如图13(右).不过从图13左图可得,一y面的阴影Ⅲ曲0芎IⅢm撕啦,赠0Ⅲ啪芎;m哪m嘞啦瑚越赠航天器T程17卷区在轨热流比计算值高35W/m.,差值部分为以下2部分的和:1)一Y面MLI漏热;2)太阳电池翼(安装在卫星一y面)对该面MLI的遮挡和外辐射热流.可见,在轨飞行2个月时,MLI表面面膜的太阳吸收比退化值约为459/5.表2资源一1(02)星MLI外表面遥测温度及其变化(冬至9:00am~12:00am最高值) Table2CBERS-1(02)ML1outersurfacetelemeteredtemperature (Thehighestvalueon9:00am~12:00amatwintersolstices)℃序号代号名称2003——12—222004—12—222005——12—22温差1温差21B063SMML1+X向外表面92.0195.7695.763.75O2BO66SMMII+y向外表面47.31—45.84—41.5O1.474.343B069SMMLIX向外表面一62.27——60.44—55.701.834.744B072SMMLI—Y向外表面70.6866.8270.68—3.863.865B075SMMlJl—Z向外表面73.7169.16遥测异常一4.55{6BO95PMMLI+x向外表面95.8l95.8195.81OO7B103PMMLI+Z向外表面11.779.39l5.78—2.386.39注:"温差1"指2004年12月23日与2003年12月22日之差;"温差2"指2005年12月23日与2004年12月22日之差表3资源一1(02)星ML1外表面遥测温度及其变化(最大.9角9:00am~12:00am最高值)Table3CBER~I(02)MLIoutersurfacetelemeteredtemperature (Thehighestvalueon9:00am~12:00amatthemaximum盘angle)℃序号代号名称2004—02-082005—02082006一O2一O9温差3温差41B063SMMIJ】+X向外表面88.2392.0192.343.780.332BO66SMMLI+Y向外表面一36.79——40.36—38.35—3.572.013B069SMMIJlX向外表面一54.40—51.6354.832.77～3.24B072SMMII—y向外表面75.3375.3379.94O4.615B075SMMIIZ向外表面73.7173.71遥测异常O/6B095PMMII+X向外表面91.6295.8l91.964.19—3.857B103PMMLI+Z向外表面16.7l16.7ll5.3OO～1.41注:"温差3"指2005年2月8日与2004年2月8日之差;"温差4"指2006年2月9151与2005年2月8日之差姜≥瑶豢图12+X面MLI计算值与飞行值的比较时间/minFig.12Comparisonbetween+XMLIcalculationvalueandflyingtelemeteredtemperature 0204,06o8o1【xl图13一y面MII计算值与飞行值的比较时间/minFig.13Comparisonbetween～yMLIcalculationvalueandflyingtelemeteredtemperature 一\事一,媛采^_Ⅲ\≥一\媛蕞第5期李国强:资源一1卫星多层隔热材料在轨温度数据分析315改进设计和试验的建议5.1对MLI设计的建议资源一1(02)卫星ML1分布特点是,±X朝向为大面积MLI,而+y侧由于安装了4块电池,使ML1分布较为不规则,面积相对较小.从前面的数据和分析可以看到,在±X朝向和+y侧,同样是在地影期,在接收空间外热流相同的情况下,使用大块MLI的±x侧MLI外表面温度比使用小块MLI的+y侧温度低16℃,说明+y侧内部热量通过MLI 漏出,大块MLI的隔热性能优于小块的,不规则MLI.因此,在设计MLI时,尽量使用大面积包覆; 不得不使用小面积时,要考虑其漏热效应.此外,资源一1(02)卫星～y侧MLI测温点的温度受到了太阳电池翼遮挡和红外辐射热流影响,影响了数据分析的准确性.因此,在布置MLI温度测点时,要注意选择具有较小背景热流的区域进行布置,才足以代表该处的温度水平.这同样适用于涂层监测器的安装位置选择.5.2涂层退化的在轨研究卫星热控设计中经常使用的热控产品在空间环境的长期作用下,如太阳紫外辐射,空间质子和电子辐照,原子氧剥蚀等,其热性质将发生变化,热控设计中必须考虑这些变化的影响.但是热性质变化的试验数据大多数都是地面模拟空间环境试验获得的,由于试验条件的限制,各项环境因素只能单独进行模拟试验,未考虑各项环境因素的综合效应,为了缩短试验时问,还采用了加速试验的方法.这样,地面模拟试验环境与空间真实环境就产生了差别.多年来的卫星设计和飞行经验证明,热控产品只有地面模拟试验数据是很不充分的,这给热控设计造成了不确定性,导致卫星设计温度,地面试验温度与在轨道上的运行温度之间的偏离.因此,将热控产品放置到真实的空间环境中进行实际的性能测量(即搭载试验)非常必要,获得的实际测量数据对于减小设计的不确定性,提高未来我国卫星热控设计水平是非常有益的.5.3涂层可靠性增长的地面研究对于卫星上广泛使用的热控涂层,其在轨温度数据受到外热流和卫星内热源的综合影响,从这些温度数据中分析出涂层的定量退化值是很困难的. 但是,可以在卫星飞行时间增加后,通过较多的数据分析出涂层的一般变化规律,从而可以对热控部件的性能及可靠性数据进行研究.6结论资源一1卫星的太阳同步轨道遥测温度数据表明:多层隔热材料表面在卫星入轨5天后至2年多的时间里温度稳定,说明已经退化完全,之后也不会再有退化.多层隔热材料具有极佳的隔热性能,大面积使用的多层隔热材料,其漏热可以忽略;小面积及不规则处的多层隔热材料则需考虑其边缘的漏热效应. 可以通过在多层隔热材料表面布置测温点的方法进行多层隔热材料表面面膜的在轨性能退化研究,但要注意测温点的布置位置应放在不受背景热流干扰的位置.对于涂层监测器也是如此.参考文献(References)[1]闵桂荣,郭舜.航天器热控制[M].北京:科学出版社, 1998[2]GilmoreDG.SatellitethermalcontrolhandbookEM].ElSegundo,California,USA:TheAerospaceCorpora—tionPress,1994[33PanZengfu,Wangtong,LiGuoqiang.Advancedther—malcontrolconceptforCBERS-1[c].51stInternation—alAstronauticalCongress,2000[4]钟奇,文耀普,李国强.近地热环境参数对航天器温度影响浅析EJ].航天器工程,2007,16(3):74[5]张加迅,宁献文.分舱耦合体系下的新型卫星热控平台技术[J].航天器工程,2008,17(2):55(编辑:吴燕)。
空间多层打孔隔热材料热分析及性能研究
第２ ７卷 增 刊
２０ ０ ６年 １ ２月
宇 航 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｔ ｎ ｕｉｓ ｏ ｒ ａ ｆ ｒ ａ ｔ Ａｓ ｏ ｃ
Ｖ０ ． ７ １２
Ｓ ｕｐ．
Ｄ ｃ ｍｂ ｒ ２ ｏ ｅ ｅ ｅ ０ ６
空 间多层 打 孔 隔热 材 料 热 分 析 及 性 能 研 究
认 为表 面 ０温 度恒 定 ， Ｔ 设 ｏ：３０ 。反 射屏 上打 了 ０Ｋ
一
定数 量 的孔 ， 中 反 射 屏 Ｎ与 深 冷 空 间 环 境 接 其
触 ， 模 型 中将 空 间环境 也假 定 为一 个屏 ， 在 其表 面黑 度为 Ｉ０ 如 图 Ｉ中的 屏 Ｅ ．， ｎ所 示 ， 样 将 空 间环 境 这 和 多层 隔热材 料作 为一 个整 体有 利 于边 界条件 的处 理 。考虑 材料 始 终 处 于 恶劣 阴影 区 ， 间环 境 可 以 空 看 成一 个恒 定温 度 为 ４ Ｋ的黑 体 。 即 ，Ｔｎ＝ Ｋ 】 Ｅ ４ 。 关 于反 射屏 ｉ 的能量 方程 为 ：
０ 引 言
体导 热 、 体 在间 隔 物 空 间 的 自然 对 流 换 热 及反 射 气 屏 之 间有 间隔物参 与 的辐 射换 热 。 由于工作 于空 间 环境 的 多 层 打 孔 隔 热 材 料 中 自然 对 流 换 热 量 很 小 ， 计算 中忽 略气 体 的 自然 对 流 换 热 。在 实 际 的 应用 中 ， 多层打 孔 隔热材 料 的铺设 面 积往往 较 大 ， 其
多层 隔热 材料 由于 其隔热 效 果好 、 量 轻 、 染 重 污
小等 优点 已在各 种 航 天 器 上 普遍 应 用 ， 为航 天 器 成
被 动热 控制 的最 基本 手 段 之 一 ｕ ０ 。所 谓 多层 隔热 材料 ， 际上并 不是 一 种 材 料 ， 是 一 种 组 合 系统 ， 实 而
耐高温SiO2气凝胶隔热复合材料的设计、制备与性能研究
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研究成果评价与讨论
创新性
本研究的创新点在于成功制备出具有优异耐高温性能的SiO2气凝胶隔热复合材料，为解决高温环境下的隔热 问题提供了一种新的解决方案。
应用前景
所制备的SiO2气凝胶隔热复合材料具有广泛的应用前景，可用于航空航天、汽车、工业高温设备等领域，提 高设备的隔热性能和安全性。
研究不足与展望
量化设计。
SiO2气凝胶隔热复合材料的制 备过程中不使用有机溶剂，因此 不会产生环境污染问题，更加环
保。
应用优势与局限性
应用优势
SiO2气凝胶隔热复合材料具有优异的隔热性能、耐高温性能和环保性能，可 以应用于多个领域，如工业炉、航空航天和建筑保温等。
局限性
SiO2气凝胶隔热复合材料的制备过程相对复杂，成本较高，可能会限制其广 泛应用。此外，该材料在高温环境下长期使用可能会受到一定程度的侵蚀和 氧化，需要进一步改进和完善其性能和稳定性。
材料制备方法的限制
虽然本研究已经优化了制备条件，但是仍 然存在一些不足之处，例如制备过程中需 要使用大量的有机溶剂，可能会对环境造 成一定的影响。未来可以进一步探索绿色 、环保的制备方法。
VS
材料性能的进一步提高
虽然本研究已经提高了SiO2气凝胶隔热 复合材料的性能，但是仍然存在一些不足 之处，例如材料的热导率较高，未来可以 进一步探索降低热导率的方法，提高材料 的隔热性能。
06
研究结论与展望
研究结论总结
制备方法的优化
通过对比实验，确定了最佳的制备条件，包括前驱体选择、合成 温度、合成时间等。
材料性能的改善
通过引入纳米SiO2颗粒，显著提高了SiO2气凝胶隔热复合材料 的热稳定性和隔热性能。
航天器热保护材料的设计与优化
航天器热保护材料的设计与优化航天器的返回过程中，面临着高温和高速气流的严峻环境，因此热保护材料的设计与优化至关重要。
在这篇文章中，我们将探讨航天器热保护材料的设计和优化的重要性，并介绍一些常用的热保护材料及其特点。
热保护材料的设计与优化是航天器返回过程中的一个关键问题。
航天器在大气层再入时，会受到高温和高速气流的冲击，如果没有适当的热保护材料，航天器的结构和设备都可能受到损坏，甚至引发事故。
热保护材料必须具备一定的特性，以应对复杂的再入环境。
首先，它们需要具备优异的隔热性能，能够有效减少航天器内部温度的上升。
其次，热保护材料还需要具备良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，以应对高温气流对其表面的损害。
另外，热保护材料还需要具备一定的机械强度和耐磨性，以保证航天器在返回过程中能够承受高速气流的冲击。
目前，常用的航天器热保护材料主要包括碳/碳复合材料、陶瓷纤维复合材料和石墨舵板等。
碳/碳复合材料由炭纤维和碳基矩阵组成，具备优异的热导率和高温强度，适用于再入时的高温环境。
陶瓷纤维复合材料则由陶瓷纤维和炭基矩阵组成，具备较高的抗氧化和抗热腐蚀性能。
石墨舵板则由高纯度石墨材料制成，具备较高的热导率和机械强度，适用于需要更高温度和机械强度的场合。
在热保护材料的设计与优化中，需要综合考虑多个因素。
首先，要考虑热保护材料的隔热性能，以确保航天器的内部温度不超过其所能承受的范围。
其次，要考虑热保护材料的抗氧化和抗热腐蚀性能，以保证其在高温环境下的长时间稳定性。
另外，还需要考虑热保护材料的机械强度和耐磨性，以保证其能够承受再入时的高速气流冲击。
为了优化热保护材料的设计，科学家和工程师们进行了大量的研究和实验。
他们通过改变热保护材料的成分、结构和工艺，以提高其性能。
例如，他们通过改变碳/碳复合材料中炭纤维的类型和排列方式，改善了其热导率和机械强度。
此外，他们还通过表面涂层和复合材料结构的优化，提高了热保护材料的抗氧化和抗热腐蚀能力。
航天器热管理技术的最新进展
航天器热管理技术的最新进展在人类探索太空的征程中，航天器热管理技术一直是至关重要的环节。
随着航天技术的不断发展，航天器的功能日益复杂，对热管理的要求也越来越高。
热管理技术的优劣直接关系到航天器的性能、可靠性和寿命。
近年来，航天器热管理技术取得了一系列令人瞩目的新进展。
首先，高效的散热技术得到了显著提升。
在航天器中，电子设备的密集化和高性能化导致发热功率大幅增加。
为了有效地散去这些热量，新型的散热材料和结构不断涌现。
例如，热管技术得到了进一步的优化和改进。
热管是一种利用工质的相变来传递热量的高效装置，其传热效率极高。
如今，科学家们研发出了具有更高导热性能的热管材料，并且通过优化热管的结构设计，使其能够在更复杂的环境下稳定工作。
此外，微通道散热器也成为了研究的热点。
微通道散热器通过在微小的通道内流动冷却液，实现高效的热交换。
这种技术不仅能够有效地减小散热器的体积和重量，还能提高散热效率，为航天器的轻量化设计提供了有力支持。
其次，主动热控技术的发展也为航天器热管理带来了新的突破。
传统的被动热控技术往往难以应对复杂多变的热环境，而主动热控技术则可以根据航天器的实际热状态进行实时调节。
其中，电加热系统的精度和可靠性不断提高。
通过精确的温度传感器和智能控制算法，电加热系统能够在不同的工况下为航天器提供稳定的温度环境。
同时，热驱动泵技术也取得了重要进展。
热驱动泵利用航天器内部的温度梯度来驱动工质循环，实现热量的传输和分配。
这种技术无需额外的动力源，具有节能、可靠的优点，特别适用于长期在轨运行的航天器。
再者，热防护技术在航天器热管理中扮演着不可或缺的角色。
当航天器进入大气层或遭受太阳辐射时，会面临极高的热流冲击。
为了保护航天器及其内部设备，先进的热防护材料和结构不断被开发出来。
例如，陶瓷基复合材料由于其优异的耐高温性能和轻质特点，在航天器热防护领域得到了广泛应用。
此外，多层隔热材料的性能也在不断提升。
多层隔热材料通过反射和阻隔热量的传递，有效地减少了外界热量向航天器内部的侵入。
多层隔热材料及其在航天器上的应用
江经善
（ 北京空间飞行器总体设计部 北京 !"""#$ ）
文
摘
综述了多层隔热材料的隔热原理、 隔热性能表征方法、 组成、 性能， 以及在航天器上的应用。通
过选用不同的反射屏和间隔物可得到一系列常温、 中温和高温使用的多层隔热材料。对于以双面镀铝聚酯 薄膜为反射屏的常温多层材料， 采用疏松纤维、 网、 泡沫塑料的间隔物， 均有良好的隔热性能， 其当量热导率 可达 !" % & ’ ( ) ・ * 的量级。 关键词 多层隔热材料， 航天器
& （ #& " ! ! % #Q） ! ! P %! "! "Q
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万方数据 宇航材料工艺 Q""" 年
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复合材料的多层结构设计与分析
复合材料的多层结构设计与分析在当今的材料科学领域，复合材料以其优异的性能和广泛的应用而备受关注。
其中，复合材料的多层结构设计更是为满足各种复杂工程需求提供了创新的解决方案。
复合材料的多层结构，简单来说，就是将不同材料、不同性能的层按照特定的顺序和方式组合在一起，以实现单一材料无法达到的综合性能。
这种设计理念的出现，源于对材料性能多样化和高性能化的追求。
多层结构设计的优势众多。
首先，它能够实现性能的优化组合。
例如，一层可以提供高强度，另一层可以提供良好的耐腐蚀性，还有一层可以具备出色的隔热性能。
通过合理的层间设计和排列，使复合材料在不同的环境和工况下都能发挥出最佳性能。
其次，多层结构有助于提高材料的可靠性和稳定性。
当一层出现局部损伤时，其他层可以起到支撑和补偿的作用，从而延长材料的使用寿命。
再者，多层结构还能实现功能的集成。
比如，在航空航天领域，既需要结构材料具备高强度，又需要具备电磁屏蔽等功能，多层结构的设计就能很好地满足这些需求。
在多层结构的设计中，材料的选择至关重要。
常用的复合材料包括纤维增强复合材料、聚合物基复合材料、金属基复合材料等。
纤维增强复合材料，如碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料，因其高强度和高模量而广泛应用。
聚合物基复合材料具有良好的耐腐蚀性和成型性能。
金属基复合材料则在高温和高强度应用中表现出色。
层间结合方式也是多层结构设计的关键因素之一。
常见的结合方式有胶接、焊接、机械连接等。
胶接具有操作简便、成本低的优点，但结合强度相对较低。
焊接能够实现较高的结合强度，但对工艺要求较高。
机械连接则在可拆卸和维修方便方面具有优势，但会增加结构的重量和复杂性。
设计多层结构时，还需要考虑层厚和层数的选择。
层厚过薄可能导致制造难度增加和性能不稳定；层厚过厚则可能影响层间的协同作用。
层数的多少则取决于具体的性能需求和制造工艺的可行性。
此外，环境因素也对多层结构的设计产生重要影响。
不同的工作环境，如高温、低温、潮湿、腐蚀等，要求材料具备相应的耐受能力。