專利名稱：基于平流層飛艇的流體回路熱控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于飛艇熱控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于平流層飛艇的流體回路熱控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
平流層飛艇一般是指在海拔20km以上高度飛行的飛艇，平流層飛艇因其駐空時(shí)間長(zhǎng)、使用消費(fèi)低，在情報(bào)偵察、預(yù)警探測(cè)、通信中繼、信息對(duì)抗、導(dǎo)航定位、應(yīng)急救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。在20km高度，平流層環(huán)境平均溫度約_55°C，遠(yuǎn)超一般電子設(shè)備的正常工作溫度范圍，若不采取任何熱控措施，各任務(wù)艙中大部分電子設(shè)備都無法正常工作。目前針對(duì)平流層飛艇的熱控方法一般是借鑒衛(wèi)星的熱控方法，采用被動(dòng)熱控為主、主動(dòng)熱控為輔的熱控措施。但隨著未來平流層飛艇朝著大型化、多任務(wù)、長(zhǎng)時(shí)間滯空方向發(fā)展，傳統(tǒng)的被動(dòng)熱控措施因散熱能力小、控溫精度低、性能隨時(shí)間退化等問題，已成為制約平流層飛艇發(fā)展的關(guān)鍵問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于平流層飛艇的流體回路熱控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用乙二醇水溶液(內(nèi)回路工作介質(zhì))把飛艇動(dòng)力推進(jìn)艙、能源艙、載荷艙的熱量收集起來，收集了熱量的乙二醇水溶液在通過中間換熱器把收集起來的熱量傳遞給氨水溶液(外回路工作介質(zhì))，由氨水溶液把熱量傳遞到輻射器，然后由輻射器把熱量向空間環(huán)境排散出去，從而達(dá)到控制平流層飛艇各任務(wù)艙溫度的目的。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為參見圖1，所述基于平流層飛艇的流體回路熱控系統(tǒng)包括內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)和通過中間換熱器114與內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)連通的外回路循環(huán)系統(tǒng)；所述內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)包括第一截止閥101，與第一截止閥101連接的動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件102，與動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件102連接的動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件103，與動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件103連接的第二截止閥104，與第二截止閥104連接的鋰電池冷板組件105，與鋰電池冷板組件105連接的能源艙冷凝干燥組件106，與能源艙冷凝干燥組件106連接的第三截止閥107，第四截止閥108，與第四截止閥108連接的電子設(shè)備冷板組件109，與電子設(shè)備冷板組件109連接的載荷艙冷凝干燥組件110，與載荷艙冷凝干燥組件110連接的第五截止閥111 ；所述第一截止閥101和第四截止閥108均與A管道I連接，A管道I與中間換熱器114第一接口連接；所述第三截止閥107和第五截止閥111均與B管道2連接，B管道2與中間換熱器114第二接口連接；所述A管道I上設(shè)有第一溫控閥115 ;所述第一溫控閥115通過C管道3與B管道2連接；C管道3與B管道2的接口與中間換熱器114第二接口之間的B管道2部分上設(shè)有第一補(bǔ)償器112和內(nèi)回路泵113 ；[0009]所述外回路循環(huán)系統(tǒng)包括輻射器205，通過D管道4與輻射器205第一接口連接的低溫循環(huán)泵301，與低溫循環(huán)泵301連接的第三電磁閥302，第三電磁閥302通過E管道5與輻射器205第二接口連接；所述氨水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)還包括通過F管道6與中間換熱器114第三接口連接的第二溫控閥203，與第二溫控閥203連接的第一電磁閥204，通過G管道7與中間換熱器114第四接口連接的第二電磁閥206 ;所述第一電磁閥204與E管道5連接，所述第二電磁閥206與D管道4連接；所述第二溫控閥203還通過H管道8與G管道7連接；所述F管道6上設(shè)有第二補(bǔ)償器201和外回路泵202。其中，所述內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)為乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)，即，內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)為乙二醇水溶液。所述外回路循環(huán)系統(tǒng)為氨水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)，即，外回路循環(huán)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)為氨水溶液。下面結(jié)合設(shè)計(jì)原理及控制方法對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明本實(shí)用新型中，動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件用于收集動(dòng)力推進(jìn)艙各設(shè)備的熱量并傳遞到乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)；動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件用于收集動(dòng)力推進(jìn)艙內(nèi)空氣熱量并傳遞到乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)，另外動(dòng)力推進(jìn)艙內(nèi)潮濕空氣中的水分在通過動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件內(nèi)冷卻管路表面時(shí)會(huì)進(jìn)行凝結(jié)，從而達(dá)到除濕的目的；鋰電池冷板組件用于收集能源艙鋰電池的熱量并傳遞到乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)；能源艙冷凝干燥組件用于收集能源艙內(nèi)空氣熱量并傳遞到乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)，另外能源艙內(nèi)潮濕空氣中的水分在通過能源艙冷凝干燥組件內(nèi)冷卻管路表面時(shí)會(huì)進(jìn)行凝結(jié)，從而達(dá)到除濕的目的；第一截止閥和第二截止閥同時(shí)關(guān)閉即可切斷動(dòng)力推進(jìn)艙內(nèi)乙二醇水溶液流體通道，可以方便地進(jìn)行動(dòng)力推進(jìn)艙內(nèi)流體回路檢修及設(shè)備更換；第二截止閥和第三截止閥同時(shí)關(guān)閉即可切斷能源艙內(nèi)乙二醇水溶液流體通道，可以方便地進(jìn)行能源艙內(nèi)流體回路檢修及設(shè)備更換；另外調(diào)整第一截止閥或第二截止閥或第三截止閥的閥門開度可以控制進(jìn)入動(dòng)力推進(jìn)艙和能源艙內(nèi)的乙二醇水溶液的流量；電子設(shè)備冷板組件用于收集載荷艙內(nèi)各電子設(shè)備的熱量并傳遞到乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)；載荷艙冷凝干燥組件用于收集載荷艙內(nèi)空氣熱量并傳遞到乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)，另外載荷艙內(nèi)潮濕空氣中的水分在通過載荷艙冷凝干燥組件內(nèi)冷卻管路表面時(shí)會(huì)進(jìn)行凝結(jié)，從而達(dá)到除濕的目的；第四截止閥和第五截止閥同時(shí)關(guān)閉即可切斷載荷艙內(nèi)乙二醇水溶液流體通道，可以方便地進(jìn)行載荷艙內(nèi)流體回路檢修及設(shè)備更換；另外調(diào)整第四截止閥或第五截止閥的閥門開度可以控制進(jìn)入載荷艙的乙二醇水溶液的流量；第一補(bǔ)償器用于控制乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)的壓力和補(bǔ)償因乙二醇水溶液泄露和熱脹冷縮而引起的容積變化；內(nèi)回路泵用于提供乙二醇水溶液流體回路循環(huán)流動(dòng)的動(dòng)力；中間換熱器用于把乙二醇水溶液收集的熱量傳遞給氨水流體回路循環(huán)系統(tǒng)；第一溫控閥可以控制動(dòng)力推進(jìn)艙、能源艙和載荷艙內(nèi)乙二醇水溶液的混合溫度Τη。在最大熱負(fù)荷時(shí)，全部或大部分乙二醇水溶液通過動(dòng)力推進(jìn)艙、能源艙和載荷艙；在最小熱負(fù)荷是，全部或大部分乙二醇水溶液通過旁路，從而保證混合溫度Tn在預(yù)定值；第二補(bǔ)償器用于控制氨水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)的壓力和補(bǔ)償因氨水溶液泄露和熱脹冷縮而引起的容積變化；外回路泵用于提供氨水溶液流體回路循環(huán)流動(dòng)的動(dòng)力；第二溫控閥可以控制輻射器和旁路混合溫度Tw。在最大熱負(fù)荷時(shí)，全部或大部分氨水溶液通過輻射器；在最小熱負(fù)荷是，全部或大部分氨水溶液通過旁路，從而保證混合溫度Tw在預(yù)定值；關(guān)閉第三電磁閥，打開第一電磁閥和第二電磁閥，外回路氨水溶液經(jīng)第二溫控閥后分為兩路，一路經(jīng)輻射器排散熱量，另一路旁路。而在最小負(fù)荷期間，第一電磁閥和第二電磁閥關(guān)閉，第三電磁閥打開，啟動(dòng)低溫循環(huán)泵，形成輻射器內(nèi)氨水溶液的自循環(huán)；而原來的外回路，氨水溶液經(jīng)第二溫控閥203后全部旁路，形成不經(jīng)過輻射器的另一個(gè)自循環(huán)系統(tǒng)；低溫循環(huán)泵301用于提供輻射器內(nèi)氨水溶液自循環(huán)流動(dòng)的動(dòng)力。在內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)中，乙二醇水溶液經(jīng)過動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件、動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件、鋰電池冷板組件、能源艙冷凝干燥組件、電子設(shè)備冷板組件和載荷艙冷凝干燥組件收集動(dòng)力推進(jìn)艙內(nèi)設(shè)備和空氣的熱量、能源艙內(nèi)鋰電池和空氣的熱量以及載荷艙內(nèi)電子設(shè)備和空氣的熱量，由內(nèi)回路泵提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)收集了熱量的乙二醇水溶液流經(jīng)中間換熱器，乙二醇水溶液收集的熱量經(jīng)中間換熱器傳遞到氨水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)，釋放出熱量的乙二醇水溶液經(jīng)溫控閥重新進(jìn)入所述動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件、所述鋰電池冷板組件、所述電子設(shè)備冷板組件；從而完成乙二醇水溶液的 循環(huán)。在外回路循環(huán)系統(tǒng)中，所述氨水溶液經(jīng)過中間換熱器吸收乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)收集的熱量，由外回路泵提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)吸收了熱量的氨水溶液經(jīng)所述第二溫控閥流經(jīng)輻射器，氨水溶液中的熱量經(jīng)輻射器排散到空間環(huán)境，從而完成氨水溶液的循環(huán)。本實(shí)用新型可以應(yīng)用在平流層飛艇上平流層飛艇包括不同外型的平流層飛艇。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為1、創(chuàng)造性地把流體回路引入平流層飛艇熱控系統(tǒng)，有效地解決了傳統(tǒng)被動(dòng)熱控措施散熱能力小、控溫精度低、性能隨時(shí)間退化等問題，為平流層飛艇長(zhǎng)時(shí)間滯空奠定了基礎(chǔ)；2、創(chuàng)造性地在外回路引入兩個(gè)自循環(huán)系統(tǒng)輻射器低溫自循環(huán)系統(tǒng)，確保外回路在最小熱負(fù)荷或發(fā)生故障時(shí)不出現(xiàn)輻射器內(nèi)氨水溶液局部低溫凍結(jié)；另一自循環(huán)系統(tǒng)可不通過輻射器排散熱量；3、創(chuàng)造性地在內(nèi)回路和外回路都設(shè)置了溫控閥，使得內(nèi)回路和外回路都能進(jìn)行主動(dòng)式控溫，極大地提高了控溫精度；4、內(nèi)回路選擇乙二醇水溶液作為工作介質(zhì)，它具有無毒和跟理想工質(zhì)水相似的傳熱、流動(dòng)特性；另外它還具有比水更低的冰點(diǎn)溫度，因此非常適合內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)；外回路選擇氨水溶液作為工作介質(zhì)，它具有低的冷凝溫度，能滿足平流層環(huán)境的低溫要求；5、整個(gè)方案運(yùn)用在平流層飛艇上，能使平流層飛艇熱控系統(tǒng)配置更簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)更輕便、運(yùn)行更可靠、滯空時(shí)間更長(zhǎng)久。[0038]總之，本實(shí)用新型創(chuàng)造性地提供了適用于平流層飛艇、利用流體回路進(jìn)行溫度控制的熱控系統(tǒng)，此系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單、散熱量大、控溫精度高、運(yùn)行穩(wěn)定，能滿足未來平流層飛艇長(zhǎng)時(shí)間滯空的溫度控制要求。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖中101-第一截止閥，102-動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件，103-動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件，104-第二截止閥，105-鋰電池冷板組件，106-能源艙冷凝干燥組件，107-第三截止閥，108-第四截止閥，109-電子設(shè)備冷板組件，110-載荷艙冷凝干燥組件，111-第五截止閥，112-第一補(bǔ)償器，113-內(nèi)回路泵，114-中間換熱器，115-第一溫控閥，201-第二補(bǔ)償器，202-外回路泵，203-第二溫控閥，204-第一電磁閥，205-輻射器，206-第二電磁閥，301-低溫循環(huán)泵，302-第三電磁閥，1-A管道，2-B管道，3-C管道，4-D管道，5-E管道，6-F管道，7-G管道，8-H管道。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參見圖1，所述基于平流層飛艇的流體回路熱控系統(tǒng)包括內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)和通過中間換熱器114與內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)連通的外回路循環(huán)系統(tǒng)；所述內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)包括第一截止閥101，與第一截止閥101連接的動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件102，與動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件102連接的動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件103，與動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件103連接的第二截止閥104，與第二截止閥104連接的鋰電池冷板組件105，與鋰電池冷板組件105連接的能源艙冷凝干燥組件106，與能源艙冷凝干燥組件106連接的第三截止閥107，第四截止閥108，與第四截止閥108連接的電子設(shè)備冷板組件109，與電子設(shè)備冷板組件109連接的載荷艙冷凝干燥組件110，與載荷艙冷凝干燥組件110連接的第五截止閥111 ；所述第一截止閥101和第四截止閥108均與A管道I連接，A管道I與中間換熱器114第一接口連接；所述第三截止閥107和第五截止閥111均與B管道2連接，B管道2與中間換熱器114第二接口連接；所述A管道I上設(shè)有第一溫控閥115 ;所述第一溫控閥115通過C管道3與B管道2連接；C管道3與B管道2的接口與中間換熱器114第二接口之間的B管道2部分上設(shè)有第一補(bǔ)償器112和內(nèi)回路泵113 ；所述外回路循環(huán)系統(tǒng)包括輻射器205，通過D管道4與輻射器205第一接口連接的低溫循環(huán)泵301，與低溫循環(huán)泵301連接的第三電磁閥302，第三電磁閥302通過E管道
5與輻射器205第二接口連接；所述氨水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)還包括通過F管道6與中間換熱器114第三接口連接的第二溫控閥203，與第二溫控閥203連接的第一電磁閥204，通過G管道7與中間換熱器114第四接口連接的第二電磁閥206 ;所述第一電磁閥204與E管道5連接，所述第二電磁閥206與D管道4連接；所述第二溫控閥203還通過H管道8與G管道7連接；所述F管道6上設(shè)有第二補(bǔ)償器201和外回路泵202。其中，所述內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)為乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)；所述外回路循環(huán)系統(tǒng)為氨水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)。[0047]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所進(jìn)行的描述只是說明而非限定性的，且在不脫離如所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的前提下，可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種改變、變形、和/或修正。
權(quán)利要求1.一種基于平流層飛艇的流體回路熱控系統(tǒng)，其特征在于，所述流體回路熱控系統(tǒng)包括內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)和通過中間換熱器(114)與內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)連通的外回路循環(huán)系統(tǒng)； 所述內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)包括第一截止閥(101 )，與第一截止閥(101)連接的動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件(102)，與動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件(102)連接的動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件(103)，與動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件(103)連接的第二截止閥(104)，與第二截止閥(104)連接的鋰電池冷板組件(105)，與鋰電池冷板組件(105)連接的能源艙冷凝干燥組件(106)，與能源艙冷凝干燥組件(106)連接的第三截止閥(107)，第四截止閥(108)，與第四截止閥(108)連接的電子設(shè)備冷板組件(109)，與電子設(shè)備冷板組件(109)連接的載荷艙冷凝干燥組件(110)，與載荷艙冷凝干燥組件(110 )連接的第五截止閥(111); 所述第一截止閥(101)和第四截止閥(108)均與A管道(I)連接，A管道(I)與中間換熱器(114)第一接口連接；所述第三截止閥(107)和第五截止閥(111)均與B管道(2)連接，B管道(2)與中間換熱器(114)第二接口連接；所述A管道(I)上設(shè)有第一溫控閥(115);所述第一溫控閥(115)通過C管道(3)與B管道(2)連接；C管道(3)與B管道(2)的接口與中間換熱器(114)第二接口之間的B管道(2)部分上設(shè)有第一補(bǔ)償器(112)和內(nèi)回路泵(113)； 所述外回路循環(huán)系統(tǒng)包括輻射器(205 )，通過D管道(4 )與輻射器(205 )第一接口連接的低溫循環(huán)泵(301)，與低溫循環(huán)泵(301)連接的第三電磁閥(302)，第三電磁閥(302)通過E管道(5)與輻射器(205)第二接口連接；所述氨水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)還包括通過F管道(6 )與中間換熱器(114)第三接口連接的第二溫控閥(203 )，與第二溫控閥(203 )連接的第一電磁閥(204)，通過G管道(7)與中間換熱器(114)第四接口連接的第二電磁閥(206);所述第一電磁閥(204)與E管道(5)連接，所述第二電磁閥(206)與D管道(4)連接；所述第二溫控閥203還通過H管道(8)與G管道(7)連接；所述F管道(6)上設(shè)有第二補(bǔ)償器(201)和外回路泵(202)。
2.如權(quán)利要求1所述的流體回路熱控系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)為乙二醇水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的流體回路熱控系統(tǒng)，其特征在于，所述外回路循環(huán)系統(tǒng)為氨水溶液流體回路循環(huán)系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于平流層飛艇的流體回路熱控系統(tǒng)，包括內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)和通過中間換熱器114與內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)連通的外回路循環(huán)系統(tǒng)；所述內(nèi)回路循環(huán)系統(tǒng)包括第一截止閥101，與第一截止閥101連接的動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件102，與動(dòng)力推進(jìn)艙冷板組件102連接的動(dòng)力推進(jìn)艙冷凝干燥組件103；所述外回路循環(huán)系統(tǒng)包括輻射器205，通過D管道4與輻射器205第一接口連接的低溫循環(huán)泵301。該系統(tǒng)采用內(nèi)回路乙二醇水溶液工作介質(zhì)收集并運(yùn)輸平流層飛艇各任務(wù)艙內(nèi)的熱負(fù)荷，通過中間換熱器把內(nèi)回路乙二醇水溶液收集的熱量傳遞至外回路氨水溶液工作介質(zhì)，最后通過外回路輻射器排散至空間環(huán)境，從而完成平流層飛艇各任務(wù)艙的溫度控制。該流體回路熱控系統(tǒng)較傳統(tǒng)被動(dòng)熱控系統(tǒng)還具有配置簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、散熱能力強(qiáng)、控溫精度高等優(yōu)點(diǎn)，為未來平流層飛艇實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間滯空的溫度控制奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)B64B1/62GK202863755SQ20122054076
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者周湘杰, 羅義平, 肖俊 申請(qǐng)人:湖南航天機(jī)電設(shè)備與特種材料研究所