一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统技术方案

本申请提供一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统，通过压力控制系统在真空容器内模拟平流层压力环境，通过热沉调温系统控制筒型热沉在真空容器内模拟平流层温度环境；通过在风道内设置风机模拟平流层气流环境；通过微波吸收模块吸收射频设备产生的微波信号，通过热流模拟模块产生的红外辐照热流等效模拟太阳辐照热流对射频设备进行辐照加热，为在地面测试无人机射频设备实际运行状态提供原位测试的模拟平流层环境。本申请结构简单，占用空间小，可稳定的模拟平流层温度、压力、气流及等效太阳辐照热流环境，解决了现有技术中不能对无人机射频设备在地面模拟平流层环境进行实际运行状态测试的问题。层环境进行实际运行状态测试的问题。层环境进行实际运行状态测试的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统


[0001]本专利技术涉及地面特种试验
，特别涉及一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统，具体涉及模拟平流层环境对射频设备进行原位测试的环境模拟系统。

技术介绍

[0002]平流层的环境参数介于一般航空器飞行范围和轨道环境之间，平流层低速飞行器包括高空无人机、平流层飞艇等，是重要的遥感、通信平台，一般运行在16km～30km高空，压力一般为1.2kPa～10.3kPa，温度范围一般为
‑
60℃～
‑
40℃，风速一般在20m/s左右。对于低气压下的低雷诺数流动尚缺少基础数据支撑，缺乏对流、换热经验关联式支持，仿真数据往往需要以试验手段进行修正。因此，为了达到热模型修正、热控系统性能考核等目的，有必要在地面模拟环境下对高空无人机、平流层飞艇的关键载荷进行热环境模拟试验。为了在低气压下形成稳定、均匀、连续的风场，目前的技术方案包括回流式和引射式等，其中后者仅能用于短时间的模拟，难以对换热特性进行准确的评估，
[0003]此外，高空无人机、平流层飞艇携带的雷达、通信等射频载荷在工作过程中会产生大量热量，需要通过机身的开孔等结构进行散热，由于其工作剖面复杂，往往在任务执行中多次关闭、开启，射频设备承制方往往期望在真实的测试环境和实际工作状态下进行系统的测试。
[0004]目前，对于无人机射频设备的热试验和射频载荷测试往往在多个试验中分别进行，尚无在平流层环境下对微波射频设备实际运行状态进行直接测试的系统。
[0005]因此，设计和专利技术一种基于空间环境模拟容器的无人机射频设备测试系统具有积极的现实意义。

技术实现思路

[0006]鉴于以上问题，本申请旨在提供一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统，可稳定的模拟平流层温度、压力、气流以及等效太阳辐照热流环境，为在地面测试飞行器的射频载荷实际运行状态提供原位测试的环境。
[0007]本申请提供一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统，所述环境模拟系统包括：
[0008]真空容器，所述真空容器连接有压力控制系统，用于模拟平流层压力环境；
[0009]筒型热沉，设置在所述真空容器内部，并连接有热沉调温系统，用于模拟平流层温度环境；
[0010]筒型结构，设置在所述筒型热沉内部；所述筒型结构外壁与所述筒型热沉内壁之间形成外风道，所述筒型结构内设有内风道，所述外风道与所述内风道连通形成用于模拟平流层气流环境的环状回流式风道；所述内风道设有动力装置，用于模拟平流层气流环境；所述内风道内部安装有待测试的射频设备；
[0011]微波吸收模块，对应于射频设备设置在所述筒型热沉内，用于吸收所述射频设备
产生的微波信号；
[0012]热流模拟模块，对应于射频设备设置在所述筒型结构上，用于产生红外辐照热流模拟太阳辐照热流对射频设备进行辐照加热。
[0013]根据本申请实施例提供的技术方案，所述微波吸收模块包括，
[0014]透波板，对应所述射频设备随型连接在所述筒型结构上，与所述筒型结构结构一体化，且内壁与所述筒型结构内壁齐平，可在不影响气流流场的前提下将射频设备产生的微波信号传递至外风道，防止其在内风道反射影响气流流场的稳定性；
[0015]吸波装置，设置在所述外风道内，包括与所述筒型结构同轴的第一吸波板，所述第一吸波板相对靠近所述射频设备的一侧连接有多个相互平行的第二吸波板，所述第二吸波板的另一端靠近所述筒型结构，用于吸收射频设备产的微波信号，以降低对外风道气流流场的影响。
[0016]根据本申请实施例提供的技术方案，所述热流模拟模块包括，
[0017]红外模拟板，对应所述射频设备随型连接在所述筒型结构上，与所述筒型结构结构一体化，且内壁与所述筒型结构内壁齐平，用于产生红外辐照热流模拟太阳辐照热流对射频设备进行加热；
[0018]加热棒，沿所述筒型结构周向设置在所述红外模拟板内，用于向红外模拟板提供热源；
[0019]隔热板，用于连接所述红外模拟板与所述筒型结构，以防止所述红外模拟板向所述筒型结构其他部位传递热量；
[0020]红外加热系统，用于控制加热棒调整红外模拟板的温度产生红外辐照热流模拟太阳辐照热流，并可通过调整加热棒加热温度调整红外模拟板产生的红外辐照热流密度。
[0021]根据本申请实施例提供的技术方案，采用等效热流模拟方法模拟太阳辐照热流。
[0022]根据本申请实施例提供的技术方案，模拟太阳辐照热流所需的红外模拟板的温度计算式为，
[0023][0024]式中，Q
solar
为太阳辐照热流密度，单位W/m2；α为射频设备的太阳吸收比；T
heat
为红外模拟板的温度，单位K；T为射频设备表面的温度，单位K；ε1为射频设备的红外发射率；A1为射频设备被红外辐照热流加热面的表面积，单位m2；X为射频设备与红外模拟板之间的空间角系数；ε2为红外模拟板的红外发射率。
[0025]根据本申请实施例提供的技术方案，所述射频设备和所述红外模拟板上均设有温度传感器。
[0026]根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二吸波板为平板结构且表面积相对较大的面与所述筒型结构的轴线平行。
[0027]根据本申请实施例提供的技术方案，所述透波板采用聚酰亚胺制成；所述吸波装置采用碳化硅或碳泡沫制成，具有硬度高、低放气率的特点。
[0028]根据本申请实施例提供的技术方案，所述内风道内部沿气流流动方向依次设有用于稳定气流流场的整流器和降湍网；所述整流器包括沿气流方向依次设置的第一蜂窝整流
器和第二蜂窝整流器。
[0029]根据本申请实施例提供的技术方案，所述筒型热沉为管翅式或蜂窝气胀板式的换热结构，并采用气氮进行温度调控；所述筒型热沉沿气流流动方向划分多个可独立调控温度的区域，并分别与所述筒型热沉调温系统连接，以更好的实现风道内不同区域的温度调控，保证环境模拟系统的温度均衡。
[0030]根据本申请实施例提供的技术方案，所述射频设备上设有辐射热流计，用于测量红外模拟板产生的到达射频设备表面的红外辐照热流密度。
[0031]综上，本申请公开有一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统，基于上述方案产生的有益效果是，通过在真空容器中设置筒型热沉，在筒型热沉内设置筒型结构，形成内风道和外风道，内风道和外风道连通后形成可使气流循环流动的环状回流式风道，大大简化了环境模拟系统的结构、减小环境模拟系统的占用空间；通过在内风道设计用于产生气流的动力装置，实现模拟平流层气流环境；通过压力控制系统在真空容器内模拟平流层压力环境，通过热沉调温系统控制筒型热沉在真空容器内模拟平流层温度环境；通过在筒型热沉内设计用于吸收射频设备产生的微波信号的微波吸收模块，在筒型结构上连接用于产生红外辐照热流模拟太阳辐照热流对射频设备进行辐照加热的热流模拟模块，实现在不增加环境模拟系统复杂性和不影响内风道气流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统，其特征在于，所述环境模拟系统包括：真空容器，所述真空容器连接有压力控制系统，用于模拟平流层压力环境；筒型热沉，设置在所述真空容器内部，并连接有热沉调温系统，用于模拟平流层温度环境；筒型结构，设置在所述筒型热沉内部；所述筒型结构外壁与所述筒型热沉内壁之间形成外风道，所述筒型结构内设有内风道，所述外风道与所述内风道连通形成用于模拟平流层气流环境的环状回流式风道；所述内风道设有动力装置，用于模拟平流层气流环境；所述内风道内部安装有待测试的射频设备；微波吸收模块，对应于射频设备设置在所述筒型热沉内，用于吸收所述射频设备产生的微波信号；热流模拟模块，对应于射频设备设置在所述筒型结构上，用于产生红外辐照热流模拟太阳辐照热流对射频设备进行辐照加热。2.根据权利要求1所述的一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统，其特征在于，所述微波吸收模块包括，透波板，对应所述射频设备随型连接在所述筒型结构上，且内壁与所述筒型结构内壁齐平，可在不影响气流流场的前提下将射频设备产生的微波信号传递至外风道；吸波装置，设置在所述外风道内，包括与所述筒型结构同轴的第一吸波板，所述第一吸波板相对靠近所述射频设备的一侧连接有多个相互平行的第二吸波板，所述第二吸波板的另一端靠近所述筒型结构。3.根据权利要求1所述的一种用于高空无人机射频设备测试的环境模拟系统，其特征在于，所述热流模拟模块包括，红外模拟板，对应所述射频设备随型连接在所述筒型结构上，且内壁与所述筒型结构内壁齐平；加热棒，沿所述筒型结构周向设置在所述红外模拟板内；隔热板，用于连接所述红外模拟板与所述筒型结构；红外加热系统，用于控制加热棒调整红外模拟板的温度产生红外辐照热流...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓宁，王晶，刘守文，李西园，高庆华，毕研强，侯雅琴，李培印，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：