本發(fā)明涉及低溫貯箱，具體地，涉及一種復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)及其使用方法、空間低溫貯箱。

背景技術(shù)：

1、低溫推進(jìn)劑液氫、液氧、甲烷等都屬于低溫流體，低溫流體沸點(diǎn)低，通常低于120k，與常溫環(huán)境有較大的溫差，吸收環(huán)境熱量之后推進(jìn)劑溫度升高至飽和狀態(tài)會發(fā)生汽化。因此低溫火箭、航天器在地面試驗及空間飛行的過程中都需要包覆熱控材料，減少地面和宇宙環(huán)境漏熱。

2、目前低溫貯箱和管路系統(tǒng)通常的熱控包覆結(jié)構(gòu)為貯箱外側(cè)為聚氨酯泡沫，聚氨酯泡沫外側(cè)為多層鋁箔(mli)的超級絕熱結(jié)構(gòu)。聚氨酯泡沫主要是提升地面熱環(huán)境中的熱阻，因為mli在大氣環(huán)境中絕熱效果不佳，氣體的對流和導(dǎo)熱帶來的漏熱量很大。如果不通過包覆泡沫來提升熱阻，則mli內(nèi)層直接接觸貯箱低溫外壁會導(dǎo)致mli內(nèi)部的水汽凝結(jié)，影響mli的性能。而在空間環(huán)境中，飛行器外部為真空環(huán)境，沒有氣體的對流和導(dǎo)熱，此時mli在熱控中起主要作用，用于隔絕太陽和地球輻射帶來的熱量，并且要盡量避免導(dǎo)熱的漏熱。當(dāng)?shù)蜏赝七M(jìn)劑在空間中時，熱量輸入的多少對推進(jìn)劑有效使用量起決定性作用，因此減少熱量的輸入是最關(guān)鍵的。

3、當(dāng)下的熱控結(jié)構(gòu)中存在問題是：(1)在地面起主要熱阻作用的聚氨酯泡沫到空間反而會導(dǎo)致多層mli和貯箱、管路之間的導(dǎo)熱熱量增大。在真空環(huán)境中時，由于沒有氣體對流，熱輻射層本身可以很好地隔絕外部的熱流。(2)mli絕熱材料包覆在聚氨酯泡沫表面時，因為要盡可能減少輻射漏熱所以會包很多層，這會導(dǎo)致mli內(nèi)側(cè)的氣體逸出很慢，降低了多層絕熱的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)及其使用方法、空間低溫貯箱。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，包括層疊設(shè)置的熱阻層、熱輻射層以及隔離層；

3、所述熱阻層包覆于熱控對象外部，所述熱阻層包括支撐骨架與可揮發(fā)材料，所述可揮發(fā)材料填充于支撐骨架的間隙中，用于在地面環(huán)境中提供熱阻，并在真空環(huán)境中具有揮發(fā)性；

4、所述隔離層包覆于熱阻層外部，用于在地面環(huán)境中隔離熱阻層與外部大氣，所述熱輻射層包覆于隔離層外部，用于在真空環(huán)境阻擋外部熱輻射熱流。

5、優(yōu)選地，當(dāng)所述熱控對象位于真空環(huán)境時，熱阻層中的可揮發(fā)材料揮發(fā)，所述熱輻射層通過支撐骨架支撐于熱控對象外表面。

6、優(yōu)選地，所述熱輻射層包括多層層疊布置的鍍鋁薄膜反射層，每層所述鍍鋁薄膜反射層的溫度均不同。

7、優(yōu)選地，多層層疊布置的所述鍍鋁薄膜反射層之間設(shè)置有編織間隔層，所述編織間隔層用于減少鍍鋁薄膜反射層之間的接觸面積。

8、優(yōu)選地，多層所述鍍鋁薄膜反射層上均打有通孔，每層鍍鋁薄膜反射層上的通孔錯開布置。

9、優(yōu)選地，所述可揮發(fā)材料包括固態(tài)可揮發(fā)材料或半固態(tài)可揮發(fā)材料。

10、優(yōu)選地，所述隔離層包括塑料膜，所述支撐骨架包括一體成型的碳纖維骨架

11、根據(jù)本發(fā)明提供的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)的使用方法，采用所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，包括如下步驟：

12、地面環(huán)境使用步驟：所述復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)處于常壓大氣環(huán)境，所述隔離層將所述熱阻層封閉，隔離熱阻層與大氣；

13、真空環(huán)境使用步驟：所述復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)處于真空環(huán)境，破除所述隔離層，熱阻層的可揮發(fā)材料揮發(fā)，所述熱輻射層通過支撐骨架支撐于熱控對象外表面。

14、優(yōu)選地，真空環(huán)境使用步驟中，所述隔離層的破除方法包括以下任一項：

15、主動移除隔離層；

16、主動在隔離層上制造開口；

17、隔離層內(nèi)部原有氣體在外部氣壓降低過程中對隔離層產(chǎn)生破壞。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的空間低溫貯箱，包括球型貯箱本體，所述球型貯箱本體的外表面包覆有所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

20、1、本發(fā)明中的熱阻層為可變相態(tài)物質(zhì)，在地面常壓下能夠增加輻射層與低溫容器表面間的傳熱熱阻，在空間真空環(huán)境下實(shí)現(xiàn)熱阻層的揮發(fā)，減少輻射層與低溫容器表面間的接觸，相比現(xiàn)有的泡沫熱阻層空間熱控效果更好，本發(fā)明能夠在地面狀態(tài)提供導(dǎo)熱熱阻，在真空環(huán)境減少接觸熱阻，能夠進(jìn)一步增加熱控對象在地面常壓環(huán)境與真空環(huán)境兩種環(huán)境中的適用性。

21、2、本發(fā)明中的熱阻層在空間中揮發(fā)后，熱輻射層內(nèi)側(cè)靠容器壁面處為真空環(huán)境，有利于內(nèi)層氣體的釋放，相比傳統(tǒng)包覆的多層鋁箔輻射層中內(nèi)層氣體逸出需要穿過輻射層從至輻射層外側(cè)進(jìn)行釋放的方式，氣體逸出動力更強(qiáng)，釋放時間更短、氣體釋放更充分。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括層疊設(shè)置的熱阻層(1)、熱輻射層(2)以及隔離層(3)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述熱控對象位于真空環(huán)境時，熱阻層(1)中的可揮發(fā)材料揮發(fā)，所述熱輻射層(2)通過支撐骨架支撐于熱控對象外表面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱輻射層(2)包括多層層疊布置的鍍鋁薄膜反射層，每層所述鍍鋁薄膜反射層的溫度均不同。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，其特征在于，多層層疊布置的所述鍍鋁薄膜反射層之間設(shè)置有編織間隔層，所述編織間隔層用于減少鍍鋁薄膜反射層之間的接觸面積。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，其特征在于，多層所述鍍鋁薄膜反射層上均打有通孔，每層鍍鋁薄膜反射層上的通孔錯開布置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述可揮發(fā)材料包括固態(tài)可揮發(fā)材料或半固態(tài)可揮發(fā)材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔離層(3)包括塑料膜，所述支撐骨架包括一體成型的碳纖維骨架。

8.一種復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)的使用方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-7任一項所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)的使用方法，其特征在于，真空環(huán)境使用步驟中，所述隔離層(3)的破除方法包括以下任一項：

10.一種空間低溫貯箱，其特征在于，包括球型貯箱本體，所述球型貯箱本體的外表面包覆有權(quán)利要求1-7任一項所述的復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)及其使用方法、空間低溫貯箱，復(fù)合熱控結(jié)構(gòu)包括熱阻層、熱輻射層以及隔離層；熱阻層包覆于熱控對象外部，熱阻層包括支撐骨架與可揮發(fā)材料，可揮發(fā)材料填充于支撐骨架的間隙中，用于在地面環(huán)境中提供熱阻，并在真空環(huán)境中具有揮發(fā)性；隔離層包覆于熱阻層外部，用于在地面環(huán)境中隔離熱阻層與外部大氣，熱輻射層包覆于隔離層外部，用于在真空環(huán)境阻擋外部熱輻射熱流。本發(fā)明中可揮發(fā)材料在外界真空度變化過程中氣化揮發(fā)后，在真空下輻射層與熱控對象幾乎無接觸，能夠在地面狀態(tài)提供導(dǎo)熱熱阻，在真空環(huán)境減少接觸熱阻，在氣化過程中提供冷量，進(jìn)一步增加熱控對象在地面常壓環(huán)境與真空環(huán)境兩種環(huán)境中的適用性。

技術(shù)研發(fā)人員：張瑞平,陳勇,王映遠(yuǎn),許建國,周治華,章洪濤,胡灝軼,王園丁,陳宇華,喬潤,王漢平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上?？臻g推進(jìn)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8