重力驱动两相流体回路寿命试验方法技术

本发明专利技术公开一种重力驱动两相流体回路寿命试验方法，该方法通过模拟重力驱动两相流体回路在寿命期间内月昼及月夜的运行过程，检测重力驱动两相流体回路在寿命期间是否有效；同时测试重力驱动两相流体回路在月夜运行期间，蒸发器与储液器温差的计算，判断该两相流体回路在寿命期间是否满足探测器热控的要求。

【技术实现步骤摘要】
重力驱动两相流体回路寿命试验方法
专利技术涉及一种寿命试验方法，具体涉及一种重力驱动两相流体回路寿命试验方法，属于航天器热控制

技术介绍
在月球(或行星)着陆探测活动中，由于月球表面昼夜温差大、探测器月夜期间无电能，为解决探测器月夜生存的难题，采用同位素核热源+重力驱动两相流体回路的热控设计方案，重力驱动两相流体回路的系统组成如图1所示，包括蒸发器31、蒸汽管路32、冷凝管路33、储液器34以及液体管路36等；其中储液器34通过液体管路36与蒸发器31相连，蒸发器31通过蒸汽管路32与冷凝管路33相连，冷凝管路33与储液器34相连；在所述液体管路36上设置有控制阀35。月昼期间，重力驱动两相流体回路不运行，蒸发器温度高达250℃～260℃，其内部氨分解产生不凝气体氮气和氢气；月夜期间，重力驱动两相流体回路运行，随着工质的循环流动，不凝气体逐渐聚集在储液器的气空间，形成分压力，导致氨在蒸发器中相变温度升高，重力驱动两相流体回路向探测器传递热量减小，不利于探测器的热控设计。为模拟寿命期间氨分解产生氮气和氢气的过程，需在地面开展寿命试验，验证两相流体回路是否满足在轨工作一年(12个月昼和12个月夜)的寿命要求，以及在寿命期间两相流体回路的传热性能是否满足设计要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种重力驱动两相流体回路寿命试验方法，采用该方法能够有效模拟重力驱动两相流体回路在寿命期间氨分解产生氮气和氢气的过程，以保证其在月球探测过程的可靠性。所述重力驱动两相流体回路包括蒸发器、蒸汽管路、冷凝管路、储液器以及液体管路，其中储液器通过液体管路与蒸发器相连，蒸发器通过蒸汽管路与冷凝管路相连，冷凝管路与储液器相连；在所述液体管路上设置有控制阀。该寿命试验方法用于验证重力驱动两相流体回路是否满足设定的在轨工作的寿命要求，以及在该寿命期间重力两相流体回路的传热性能是否满足设计要求。具体为：步骤一：通过热分析确定重力驱动两相流体回路中蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器的温度在一个月昼期间内随时间的变化趋势；通过热分析确定重力驱动两相流体回路在一个月夜期间传递的最大功率和月面的工作温度。步骤二：关闭重力驱动两相流体回路的控制阀，阻断重力驱动两相流体回路的运行。步骤三：重力驱动两相流体回路月昼运行过程的模拟：分别对蒸发器、蒸气管路、冷凝管路和储液器进行加热控温，其中对冷凝管路的加热控温过程为：首先依据步骤一中所确定的冷凝管路的温度在一个月昼期间内随时间的变化趋势，确定冷凝管路的加热目标温度；然后依据该加热目标温度设置冷凝管路的加热目标温度区间；在对冷凝管路进行加热的过程中，实时监测冷凝管路的温度，当冷凝管路的温度达到所设置的加热目标温度区间的上限后，停止对冷凝管路加热；当冷凝管路的温度降至所设置的加热目标温度区间的下限后，重新对冷凝管路进行加热；反复上述过程保证冷凝管路的温度始终处于所设置的加热目标温度区间内；对蒸发器、蒸气管路和储液器的加热控温过程与对冷凝管路的加热控温过程相同；步骤四：加热控温持续一个月昼后，停止对蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器加热控温；待蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器的温度降至室温后，开启控制阀；步骤五：重力驱动两相流体回路月夜运行过程的模拟：对蒸发器施加热功率，所施加的热功率大小与步骤一获得的重力驱动两相流体回路在一个月夜期间传递的最大功率一致；对冷凝管路进行制冷，制冷目标温度使重力驱动两相流体回路的工作温度与步骤一获得的月夜期间重力驱动两相流体回路在月面的工作温度相同；依据制冷目标温度并设置制冷目标温度区间；在对冷凝管路进行制冷的过程中，实时监测冷凝管路的温度，当冷凝管路的温度达到所设置的制冷目标温度区间的下限后，停止制冷；当冷凝管路的温度上升至所设置的加热目标温度区间的上限后，重新对冷凝管路进行制冷；反复上述过程保证冷凝管路的温度始终处于所设置的制冷目标温度区间内；步骤六：运行一个月夜后，停止对蒸发器施加热功率，并停止对冷凝管路制冷；步骤七：重复步骤二至步骤六，重复次数与重力驱动两相流体回路所设定的在轨工作的寿命要求相同；若重复次数未达到所设定的在轨工作的寿命要求就出现故障，则表明重力驱动两相流体回路不能满足其在轨工作的寿命要求；若重复次数满足所设定的在轨工作的寿命要求，则进入步骤八；步骤八：分析重力驱动两相流体回路的传热性能是否满足设计要求：寿命试验结束后，判断蒸发器与储液器的温差是否在重力驱动两相流体回路允许的温差范围内；若在允许的温差范围内，则表明重力驱动两相流体回路的传热性能满足设计要求；反之则不满足。作为本专利技术的一种优选方式：所述步骤三中，采用两条回路实现对蒸发器的加热控温，分别为基础加热回路和温控回路，其中基础加热回路对蒸发器持续加热，基础加热回路的输出功率Q1低于蒸发器维持其温度处于加热目标温度区间时所需的热量Q；温控回路的输出功率为Q2，Q1+Q2大于Q；在对蒸发器的温度进行实时监测的过程中，当蒸发器的温度达到所设置的加热目标温度区间的上限后，仅停止温控回路，而基础加热回路继续对蒸发器加热；当蒸发器的温度降至所设置的加热目标温度区间的下限后，重新开启温控回路。作为本专利技术的一种优选方式：基础回路的输出功率Q1与蒸发器维持其温度处于加热目标温度区间时所需热量Q的差值为5W至10W；Q1+Q2与Q的差值在5W以内。作为本专利技术的一种优选方式：所述步骤三中，在对蒸发器、冷凝管路和储液器进行加热控温的过程中，实时监测储液器的温度，若储液器的温度达到设定值A，则停止加热控温；所述设定值A低于储液器的耐高温限值。作为本专利技术的一种优选方式：所述步骤三中，在对重力驱动两相流体回路进行月昼运行过程的模拟时，若储液器的温度达到设定值B,则对冷凝管路进行制冷。作为本专利技术的一种优选方式：所述步骤三中，在对重力驱动两相流体回路进行月昼运行过程的模拟时，若储液器的温度达到设定值B,对冷凝管路进行制冷；所述设定值B低于储液器的耐高温限值。作为本专利技术的一种优选方式：所述设定值B高于设定值A5℃到10℃。有益效果：采用该试验方法能够有效模拟重力驱动两相流体回路在寿命期间氨分解产生氮气和氢气的过程，检测重力驱动两相流体回路在寿命期间是否有效，从而保证其在月球探测过程的可靠性。同时采用该试验方法能够测试重力驱动两相流体回路在月夜运行期间，蒸发器与储液器温差，判断该两相流体回路在寿命期间是否满足探测器热控的要求。附图说明图1为重力驱动两相流体回路的系统组成示意图；图2为重力驱动两相流体回路寿命试验装置示意图；图3为该试验方法的流程图。其中：1-蒸发器电模拟热源、2-直流稳压电源B、3-控温仪器A、4-温度反馈元件A、5-直流稳压电源A、6-熔断开关A、7-直流稳压电源C、8-薄膜电加热器B、9-控温仪器B、10-温度反馈元件B、11-熔断开关B、12-直流稳压电源D、13-薄膜电加热器C、14-控温仪器C、15-温度反馈元件C、16-熔断开关C、17-制冷机组、18-冷板、19-控温仪器E、20-温度反馈元件E、21-直流稳压电源E、22-薄膜电加热器D、23-控温仪器D、24-温度反馈元件D、25-温度采集设备、26-计算机、31-蒸发器、32-蒸气管路、33-冷凝管路、34-储液器、35本文档来自技高网...

【技术保护点】
重力驱动两相流体回路寿命试验方法，所述重力驱动两相流体回路包括蒸发器、蒸汽管路、冷凝管路、储液器以及液体管路，其中储液器通过液体管路与蒸发器相连，蒸发器通过蒸汽管路与冷凝管路相连，冷凝管路与储液器相连；在所述液体管路上设置有控制阀；其特征在于:该寿命试验方法用于验证重力驱动两相流体回路是否满足设定的在轨工作的寿命要求，以及在该寿命期间重力两相流体回路的传热性能是否满足设计要求；步骤一：通过热分析确定重力驱动两相流体回路中蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器的温度在一个月昼期间内随时间的变化趋势；通过热分析确定重力驱动两相流体回路在一个月夜期间传递的最大功率和月面的工作温度；步骤二：关闭重力驱动两相流体回路的控制阀，阻断重力驱动两相流体回路的运行；步骤三：重力驱动两相流体回路月昼运行过程的模拟：分别对蒸发器、蒸气管路、冷凝管路和储液器进行加热控温，其中对冷凝管路的加热控温过程为：首先依据步骤一中所确定的冷凝管路的温度在一个月昼期间内随时间的变化趋势，确定冷凝管路的加热目标温度；然后依据该加热目标温度设置冷凝管路的加热目标温度区间；在对冷凝管路进行加热的过程中，实时监测冷凝管路的温度，当冷凝管路的温度达到所设置的加热目标温度区间的上限后，停止对冷凝管路加热；当冷凝管路的温度降至所设置的加热目标温度区间的下限后，重新对冷凝管路进行加热；反复上述过程保证冷凝管路的温度始终处于所设置的加热目标温度区间内；对蒸发器、蒸气管路和储液器的加热控温过程与对冷凝管路的加热控温过程相同；步骤四：加热控温持续一个月昼后，停止对蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器加热控温；待蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器的温度降至室温后，开启控制阀；步骤五：重力驱动两相流体回路月夜运行过程的模拟：对蒸发器施加热功率，所施加的热功率大小与步骤一获得的重力驱动两相流体回路在一个月夜期间传递的最大功率一致；对冷凝管路进行制冷，制冷目标温度使重力驱动两相流体回路的工作温度与步骤一获得的月夜期间重力驱动两相流体回路在月面的工作温度相同；依据制冷目标温度并设置制冷目标温度区间；在对冷凝管路进行制冷的过程中，实时监测冷凝管路的温度，当冷凝管路的温度达到所设置的制冷目标温度区间的下限后，停止制冷；当冷凝管路的温度上升至所设置的加热目标温度区间的上限后，重新对冷凝管路进行制冷；反复上述过程保证冷凝管路的温度始终处于所设置的制冷目标温度区间内；步骤六：运行一个月夜后，停止对蒸发器施加热功率，并停止对冷凝管路制冷；步骤七：重复步骤二至步骤六，重复次数与重力驱动两相流体回路所设定的在轨工作的寿命要求相同；若重复次数未达到所设定的在轨工作的寿命要求就出现故障，则表明重力驱动两相流体回路不能满足其在轨工作的寿命要求；若重复次数满足所设定的在轨工作的寿命要求，则进入步骤八；步骤八：分析重力驱动两相流体回路的传热性能是否满足设计要求：寿命试验结束后，判断蒸发器与储液器的温差是否在重力驱动两相流体回路允许的温差范围内；若在允许的温差范围内，则表明重力驱动两相流体回路的传热性能满足设计要求；反之则不满足。...

【技术特征摘要】
1.重力驱动两相流体回路寿命试验方法，所述重力驱动两相流体回路包括蒸发器、蒸汽管路、冷凝管路、储液器以及液体管路，其中储液器通过液体管路与蒸发器相连，蒸发器通过蒸汽管路与冷凝管路相连，冷凝管路与储液器相连；在所述液体管路上设置有控制阀；其特征在于:该寿命试验方法用于验证重力驱动两相流体回路是否满足设定的在轨工作的寿命要求，以及在该寿命期间重力两相流体回路的传热性能是否满足设计要求；步骤一：通过热分析确定重力驱动两相流体回路中蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器的温度在一个月昼期间内随时间的变化趋势；通过热分析确定重力驱动两相流体回路在一个月夜期间传递的最大功率和月面的工作温度；步骤二：关闭重力驱动两相流体回路的控制阀，阻断重力驱动两相流体回路的运行；步骤三：重力驱动两相流体回路月昼运行过程的模拟：分别对蒸发器、蒸气管路、冷凝管路和储液器进行加热控温，其中对冷凝管路的加热控温过程为：首先依据步骤一中所确定的冷凝管路的温度在一个月昼期间内随时间的变化趋势，确定冷凝管路的加热目标温度；然后依据该加热目标温度设置冷凝管路的加热目标温度区间；在对冷凝管路进行加热的过程中，实时监测冷凝管路的温度，当冷凝管路的温度达到所设置的加热目标温度区间的上限后，停止对冷凝管路加热；当冷凝管路的温度降至所设置的加热目标温度区间的下限后，重新对冷凝管路进行加热；反复上述过程保证冷凝管路的温度始终处于所设置的加热目标温度区间内；对蒸发器、蒸气管路和储液器的加热控温过程与对冷凝管路的加热控温过程相同；步骤四：加热控温持续一个月昼后，停止对蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器加热控温；待蒸发器、蒸气管路、冷凝管路以及储液器的温度降至室温后，开启控制阀；步骤五：重力驱动两相流体回路月夜运行过程的模拟：对蒸发器施加热功率，所施加的热功率大小与步骤一获得的重力驱动两相流体回路在一个月夜期间传递的最大功率一致；对冷凝管路进行制冷，制冷目标温度使重力驱动两相流体回路的工作温度与步骤一获得的月夜期间重力驱动两相流体回路在月面的工作温度相同；依据制冷目标温度并设置制冷目标温度区间；在对冷凝管路进行制冷的过程中，实时监测冷凝管路的温度，当冷凝管路的温度达到所设置的制冷目标温度区间的下限后，停止制冷；当冷凝管路的温度上升至所设置的加热目标温度区间的上限后，重新对冷凝管路进行制冷；反复上述过程保证冷凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗建印，王录，张红星，何江，向艳超，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11