空間低溫冷罩地面試驗(yàn)設(shè)備是用于對(duì)冷罩性能進(jìn)行驗(yàn)證的大型試驗(yàn)系統(tǒng)，具有真空系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)裝置、稱重裝置、熱輻射裝置、低溫液體加注系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)溫度測(cè)量裝置，可以模擬冷罩隨飛行器在空間飛行時(shí)的真空、輻照環(huán)境及空間旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。本文介紹了試驗(yàn)設(shè)備的組成及設(shè)計(jì)，分析了真空室壓力對(duì)冷罩換熱程度的影響。對(duì)研制的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果表明該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，滿足空間低溫冷罩的各項(xiàng)試驗(yàn)要求。

　　空間低溫冷罩是包覆在飛行器外部的一個(gè)輕薄、高效的低溫容器，通過(guò)低溫液體相變制冷的原理降低冷罩外表面溫度，從而有效降低飛行器的紅外輻射強(qiáng)度。空間低溫冷罩地面試驗(yàn)裝置是用來(lái)對(duì)冷罩性能進(jìn)行驗(yàn)證的大型試驗(yàn)系統(tǒng)，用于驗(yàn)證冷罩在空間的傳熱效果、冷罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、冷罩的表面溫度分布及低溫維持時(shí)間等。本文介紹了空間低溫冷罩地面試驗(yàn)設(shè)備的組成及設(shè)計(jì)，分析了真空室壓力對(duì)冷罩內(nèi)部換熱程度的影響，給出了試驗(yàn)設(shè)備的性能測(cè)試結(jié)果。

1、主要技術(shù)要求及指標(biāo)

　　空間低溫冷罩地面試驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)要求及指標(biāo)如下：

　　(1) 真空室可容納低溫冷罩垂直和水平放置，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷罩加注低溫液體期間抽真空，以防止冷罩表面結(jié)霜，也可維持冷罩加注低溫液體完畢后的真空度，以模擬冷罩空間飛行時(shí)的真空環(huán)境，空載時(shí)真空室壓力≤10 Pa，有載時(shí)真空室壓力≤800 Pa；

　　(2)垂直和水平旋轉(zhuǎn)裝置，可以模擬冷罩的空間自旋狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)速度在(0～120)rpm 內(nèi)可調(diào)，水平旋轉(zhuǎn)裝置上翹10°；

　　(3)稱重裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫液體蒸發(fā)量的測(cè)量，測(cè)量精度≤50g；

　　(4)熱輻射裝置，可模擬空間輻照環(huán)境，熱流密度在(200～1000)W/m2 可調(diào)；

　　(5)低溫液體加注系統(tǒng)，加注總流量≥3 L/min，加注完成后，可實(shí)現(xiàn)加注管路和低溫冷罩之間的自動(dòng)斷開(kāi)和自密封；

　　(6)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)溫度測(cè)量裝置，溫度測(cè)量范圍(77～300)K，精度±1 K，動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量裝置能隨冷罩在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作，可連續(xù)工作時(shí)間>60 min，溫度數(shù)據(jù)采集間隔<5 s。

2、試驗(yàn)設(shè)備組成及設(shè)計(jì)

　　2.1、試驗(yàn)設(shè)備組成

　　試驗(yàn)設(shè)備由真空室、真空機(jī)組、測(cè)溫儀、電子稱、低溫液體加注系統(tǒng)及熱輻射裝置等組成，如圖1 所示。真空室用來(lái)模擬飛行器空間飛行時(shí)的真空環(huán)境，真空抽氣機(jī)組由一臺(tái)ZJ-600 羅茨泵(主泵)、兩臺(tái)2X-70 旋片泵(前級(jí)泵) 及一臺(tái)H-300A 滑閥泵(輔助泵)組成，用于對(duì)真空室抽真空，維持冷罩試驗(yàn)過(guò)程中真空室的壓力。冷罩置于真空室內(nèi)并安放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上。熱電偶溫度傳感器粘貼在低溫冷罩表面，靜態(tài)測(cè)溫儀置于真空室外，用于測(cè)量冷罩表面的溫度分布和溫度變化。電子稱置于冷罩下方，用于測(cè)量冷罩加注液氮后的總重量變化。熱輻射燈陣采用5 kW 碘鎢燈光源進(jìn)行加熱，根據(jù)熱量等效原則對(duì)冷罩模擬空間熱輻射。

1. 機(jī)械泵；2. 滑閥泵；3. 羅茨泵；4. 垂直旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；5. 電子稱；6 . 測(cè)溫儀；7.水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；8.真空室；9.低溫冷罩；10.加注管路；11.真空計(jì)；12.放空閥；13.熱輻射裝置；14. 液氮容器；15. 加注接頭；16.活動(dòng)封頭；17.控制柜

圖1 空間低溫冷罩地面試驗(yàn)設(shè)備組成圖

4、試驗(yàn)裝置性能測(cè)試

　　空間低溫冷罩試驗(yàn)設(shè)備加工安裝完成后，進(jìn)行了性能測(cè)試試驗(yàn)。首先對(duì)真空室的空載動(dòng)態(tài)壓力進(jìn)行了測(cè)試，其極限壓力小于10 Pa，然后對(duì)負(fù)載狀態(tài)下的真空室壓力進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試過(guò)程如下：將冷罩置于真空室內(nèi)，啟動(dòng)真空系統(tǒng)的前級(jí)泵和滑閥泵，對(duì)冷罩加注液氮，加滿液氮后，關(guān)閉加注閥，停止加注，通過(guò)自動(dòng)控制使冷罩上的加注接頭脫落，冷罩旋轉(zhuǎn)，開(kāi)啟羅茨泵，維持真空室壓力，記錄冷罩表面的溫度分布和低溫維持時(shí)間。整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，真空室壓力變化如圖2 所示。

圖2 低溫冷罩試驗(yàn)裝置真空室壓力變化

　　從圖2 可以看出，開(kāi)啟真空系統(tǒng)4 min 后，真空室壓力降至一千多帕，冷罩開(kāi)始加注液氮后，由于液氮大量汽化蒸發(fā)，真空室內(nèi)的壓力處于上升狀態(tài)，最大壓力在2 萬(wàn)帕左右，冷罩加滿液氮后，整個(gè)冷罩中的液氮已經(jīng)處于穩(wěn)定蒸發(fā)狀態(tài)，壓力重新降至千帕。開(kāi)啟羅茨泵后，真空室內(nèi)的壓力很快降低，將真空室壓力維持在約300 Pa的水平，與理論計(jì)算相符，滿足低溫冷罩試驗(yàn)的性能指標(biāo)要求。

5、結(jié)束語(yǔ)

　　空間低溫冷罩地面試驗(yàn)設(shè)備是驗(yàn)證冷罩性能的最重要的大型試驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)備中的真空系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)裝置、稱重裝置、熱輻射裝置、低溫液體加注系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)溫度測(cè)量裝置滿足空間冷罩的各項(xiàng)試驗(yàn)要求，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷罩空間性能的試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)期間，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，獲得了有效數(shù)據(jù)，為項(xiàng)目的順利結(jié)題起到了重要作用。該設(shè)備還可用于其它大型低溫產(chǎn)品的空間試驗(yàn)驗(yàn)證，具有較為廣泛的用途。