采用Lockheed 模型，對變密度多層絕熱的傳熱過程進行了理論分析，提出了最佳層密度的概念，重點討論了層密度與邊界溫度關系、層密度區域劃分、層密度配置和最佳層密度下熱流密度的變化。分析得出較優的3 區域層密度絕熱結構和影響熱流密度變化的熱邊界溫度范圍。同時通過實驗驗證，結果與計算的結果較好的吻合。

1、引言

　　隨著深空探測任務的進行，未來月球探測、火星探測、更遠距離星際探測航天器根據目標任務的不同在軌運行周期從幾十天到十幾年不等。要保證深空探測任務的完成，首先必須解決低溫推進劑在軌存儲。在空間環境下，多層絕熱方式是解決低溫推進劑在軌存儲的理想絕熱方式。

　　近年來在傳統多層絕熱技術的基礎上，提出了一種新型絕熱技術，即變密度多層絕熱(Variable-Density Multilayer Insulation，簡稱‘VD-MLI’)技術。目前，國外此項技術發展比較完善，進行了一系列地面模擬試驗，并且取得了一定的成果。國內上海交通大學制冷與低溫工程研究所也開展了相關研究。目前NASA 提出了兩種理論分析模型：Layer-by-Layer 模型和Lockheed 模型，并沒有相關的分析計算過程。國內目前只有上海交通大學制冷與低溫工程研究所采用了Layer-by-Layer 模型對其進行了分析。而對于采用Lockheed 模型進行理論分析，在國內還沒有看到相關文獻。基于Lockheed 理論模型提出了最佳層密度的概念并分析得出較優的3 區域層密度絕熱結構和影響熱流密度變化的熱邊界溫度范圍。

2、傳熱模型建立

　　對于Layer-by-Layer 模型和Lockheed 模型不同之處在于Layer-by-Layer 模型基于傳統分析方法，以每一層為結點，然后分析每一層3 種傳熱效果，最后獲得總的傳熱量，這一理論模型不能直接反應出密度變化對傳熱的影響。Lockheed 模引入了總層數，層密度的分析正是基于總層數而展開，這樣為層密度分析奠定了理論基礎，直接反應了層密度變化對絕熱效果的影響。

圖6 熱流密度與熱邊界溫度變化�嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕�

4、實驗驗證

　　實驗中采用總層數分別為30 層、60 層。采用3 區域密度結構，密度依次為：4 層/cm、6 層/cm、8 層/cm。冷邊界溫度為77 K，變化熱邊界溫度。結果發現，在200 ～ 300 K 能較好的吻合計算結果。在200 K 以下出現一定的誤差，當熱邊界溫度低于160 K 時，誤差達到近10% 以上。由于當熱邊界溫度低于160 K 時熱流密度低于0.1 W/m²，此時熱邊界條件對熱流密度影響很小，可以忽略。因此，此模型能較好的吻合實驗驗證結果。

5、總結

　　變密度多層絕熱技術通過絕熱結構變化可以有效的提高絕熱效果。通過變密度絕熱Lockheed 模型分析，可以得到以下結論：(1) 在靠近熱邊界區域，輻射換熱占據主導地位。在靠近冷邊界區域，固體導熱占據主要地位。通過改變層密度可以提高絕熱效果；(2) 影響層密度變化的主要因素是邊界溫度；當邊界溫度確定以后，可確定對應邊界溫度的最佳層密度；(3) 3 區域變密度結構是比較合理的結構；(4) 當熱溫度邊界條件低于160K 時，對熱流密度影響很小。�嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕嚕�