本發(fā)明是屬于冷氣推進(jìn)系統(tǒng)的，特別是關(guān)于一種適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、推進(jìn)技術(shù)是航天活動(dòng)的基石，推進(jìn)技術(shù)包括了冷氣推進(jìn)、化學(xué)推進(jìn)、電推進(jìn)、在軌補(bǔ)加等多種技術(shù)。其中冷氣推進(jìn)技術(shù)通過釋放高壓氣體產(chǎn)生推力，憑借其系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、能耗低、壽命長(zhǎng)、成本低等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星姿態(tài)控制、軌道調(diào)整、太空探測(cè)等領(lǐng)域。為提升冷推系統(tǒng)的性能，采用比熱容和比沖較高的液氨作為推進(jìn)劑，與以惰性氣體作為推進(jìn)劑的冷推系統(tǒng)相比，需對(duì)液氨進(jìn)行加熱，使其由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，通過拉瓦爾噴管高速噴出，實(shí)現(xiàn)熱能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，借此方法實(shí)現(xiàn)冷推系統(tǒng)比沖的大幅提升。

2、現(xiàn)有技術(shù)的加熱過程一般是通過貯箱外壁面的加熱片和管道內(nèi)的加熱絲進(jìn)行加熱，這會(huì)對(duì)貯箱整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部所有液體推進(jìn)工質(zhì)進(jìn)行加熱，而實(shí)際每次工作時(shí)僅小部分推進(jìn)劑，故會(huì)導(dǎo)致能量利用率較低及響應(yīng)速度慢的問題，也會(huì)對(duì)航天器整體的能源消耗和可靠性造成壓力。所以當(dāng)前亟需提出一種新的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足工作的條件下降低能耗，提高換熱效率，同時(shí)能夠降低試驗(yàn)和加工的試錯(cuò)成本，縮短研發(fā)周期。

3、公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無法準(zhǔn)確匹配到加熱功率、換熱效率低且試驗(yàn)加工成本高研發(fā)周期長(zhǎng)的問題，提供一種適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

2、s1、根據(jù)衛(wèi)星熱控技術(shù)指標(biāo)要求和布局確定產(chǎn)品的外型包絡(luò)尺寸；

3、s2、根據(jù)外形包絡(luò)尺寸在產(chǎn)品上設(shè)計(jì)獨(dú)立的加熱通道；

4、s3、繪制加熱通道及其內(nèi)部的加熱棒的三維模型；

5、s4、根據(jù)工質(zhì)的物理參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算工質(zhì)從液態(tài)變?yōu)轱柡驼羝麪顟B(tài)所需的總熱量；

6、s5、確定目標(biāo)參數(shù)：加熱棒加熱達(dá)到初始溫度的時(shí)間t1、將工質(zhì)加熱到50℃的時(shí)間t2、給定耗電量后工質(zhì)能夠維持在50℃以上的持續(xù)工作時(shí)間t3；

7、s6、基于所述三維模型進(jìn)行換熱仿真；求解t1、t2和t3，得到η＝(t1+t2)/t3；

8、s7、修改仿真過程中的變量參數(shù)，再度執(zhí)行步驟s6，直至所有修改情況全部計(jì)算完成；

9、s8、基于得到的若干個(gè)η進(jìn)行篩選，選出對(duì)應(yīng)的變量參數(shù)，在篩選后的變量參數(shù)中找到最優(yōu)結(jié)果。

10、在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述加熱棒設(shè)有若干個(gè)換熱肋。

11、在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述換熱肋選用針肋。

12、在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述變量參數(shù)包括：加熱棒的直徑、加熱棒的長(zhǎng)度、加熱棒的功率、針肋的數(shù)量、針肋的直徑、針肋的高度。

13、在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述步驟s8中篩選的條件是：依照由小至大的順序取前30％的若干個(gè)η，并將其對(duì)應(yīng)的變量參數(shù)保留，后70％的若干個(gè)η所對(duì)應(yīng)的變量參數(shù)去除。

14、在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述變量參數(shù)篩選完成后，按照所述加熱棒的重量、功率、成本的優(yōu)先級(jí)順次進(jìn)行擇優(yōu)選擇。

15、在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，在重量、功率、成本進(jìn)行擇優(yōu)選擇的過程中，若某一數(shù)值與對(duì)應(yīng)類型數(shù)據(jù)的最低值差距在5％以內(nèi)，則二者視為不存在差距。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的技術(shù)效果如下：

17、1、為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了專用的加熱通道，也就無需對(duì)全部工質(zhì)進(jìn)行加熱，只進(jìn)行局部加熱能夠減少耗電量、提高響應(yīng)速度、減少能量浪費(fèi)。

18、2、通過仿真能夠快速的獲取結(jié)果，面對(duì)較多的變量參數(shù)時(shí)具有低成本、速度快的優(yōu)點(diǎn)。

19、3、η數(shù)值是基于三個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)來綜合分析換熱情況好壞，基于η數(shù)值進(jìn)行篩選能夠快速排除不合格的變量參數(shù)，再根據(jù)重量、功率、成本這三個(gè)維度的指標(biāo)來確定最優(yōu)結(jié)果，從而能夠快速準(zhǔn)確的指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，使產(chǎn)品獲得耗電量低、換熱效率高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。

20、4、盡管變量參數(shù)中存在眾多如加熱棒和針肋的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，但是并不需要直接分析這些結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，而是用加熱棒的重量、功率和成本進(jìn)行比對(duì)，所以顯著簡(jiǎn)化分析工作的復(fù)雜程度，當(dāng)最優(yōu)結(jié)果確定好，按照對(duì)應(yīng)的變量參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)即可。

技術(shù)特征：

1.一種適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述加熱棒設(shè)有若干個(gè)換熱肋。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述換熱肋選用針肋。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述變量參數(shù)包括：加熱棒的直徑、加熱棒的長(zhǎng)度、加熱棒的功率、針肋的數(shù)量、針肋的直徑、針肋的高度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s8中篩選的條件是：依照由小至大的順序取前30％的若干個(gè)η，并將其對(duì)應(yīng)的變量參數(shù)保留，后70％的若干個(gè)η所對(duì)應(yīng)的變量參數(shù)去除。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述變量參數(shù)篩選完成后，按照所述加熱棒的重量、功率、成本的優(yōu)先級(jí)順次進(jìn)行擇優(yōu)選擇。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在重量、功率、成本進(jìn)行擇優(yōu)選擇的過程中，若某一數(shù)值與對(duì)應(yīng)類型數(shù)據(jù)的最低值差距在5％以內(nèi)，則二者視為不存在差距。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于液化氣類冷氣推進(jìn)產(chǎn)品的熱控設(shè)計(jì)方法，涉及冷氣推進(jìn)系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明中設(shè)置專用的加熱通道，通過加熱通道內(nèi)加熱棒對(duì)液氨進(jìn)行加熱的仿真來得出加熱棒加熱達(dá)到初始溫度的時(shí)間t1、將工質(zhì)加熱到50℃的時(shí)間t2、給定加熱功率后工質(zhì)能夠維持在50℃以上的持續(xù)工作時(shí)間t3這三個(gè)重要參數(shù)，進(jìn)一步通過改變結(jié)構(gòu)尺寸來進(jìn)行多組仿真，再根據(jù)結(jié)果進(jìn)行篩選，得到最優(yōu)的結(jié)果。該方法能夠準(zhǔn)確快速的找到所需的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確匹配到換熱效率和加熱功率且解決試驗(yàn)加工成本高研發(fā)周期長(zhǎng)的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王紅霞,郭開心,孫志鵬,郭俊真,蔡淙,王肖,王宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遨天科技（北京）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15