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空间相机大功率热源散热设计

董奎辰 郭亮 黄美娇 刘春雨

董奎辰, 郭亮, 黄美娇, 刘春雨. 空间相机大功率热源散热设计[J]. 红外技术, 2023, 45(5): 521-526.
引用本文: 董奎辰, 郭亮, 黄美娇, 刘春雨. 空间相机大功率热源散热设计[J]. 红外技术, 2023, 45(5): 521-526.
DONG Kuichen, GUO Liang, HUANG Meijiao, LIU Chunyu. Heat-Dissipation Design for Space Camera High-Power Heat Source[J]. Infrared Technology , 2023, 45(5): 521-526.
Citation: DONG Kuichen, GUO Liang, HUANG Meijiao, LIU Chunyu. Heat-Dissipation Design for Space Camera High-Power Heat Source[J]. Infrared Technology , 2023, 45(5): 521-526.

空间相机大功率热源散热设计

基金项目: 

国家自然科学基金 61605203

中国科学院青年创新促进会资助项目 2015173

详细信息
    作者简介:

    董奎辰(1998-),男,硕士研究生,主要从事航天器热控制方面的研究。Email:dongkuichen6694@qq.com

    通讯作者:

    郭亮(1982-),男,博士研究员,博士生导师,主要从事航天器热控制、智能热控制和空间机器人方面的研究。Email:guoliang@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: V444.3+6

Heat-Dissipation Design for Space Camera High-Power Heat Source

  • 摘要: 为解决复杂外热流下散热面难以确定的难题,基于散热面总到达外热流最小的设计原则,对空间相机大功率热源散热设计进行研究。首先,根据相机所处空间环境分析相机受到的外热流。接着,通过分析外热流与热源工作模式,采用在相机两侧设置辐射冷板散热并通过热管耦合的方式,增大了热源的散热效率,减小了辐射冷板的面积。最后,根据相机所处空间环境和采取的热控措施利用热仿真软件进行了热分析验证。仿真结果表明:可见光组件温度为-1.9℃~12.9℃,红外组件温度为1.7℃~10.5℃,制冷机热端温度为-12℃~0.3℃,制冷机压缩机温度为-11.3℃~21.3℃。满足温控指标要求,解决了复杂外热流下相机大功率热源的散热问题。
  • 图  1  相机主要结构及内热源分布示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the main structure of the camera and the distribution of internal heat sources

    图  2  平均到达外热流随β角变化趋势

    Figure  2.  Available average heat flows with different β

    图  3  β角0°时±X、±Y平均到达外热流

    Figure  3.  Available average heat flow when β=0° Time/s

    图  4  β角58.4°时±X、±Y平均到达外热流

    Figure  4.  Available average heat flow when β=60°

    图  5  制冷机热端散热方案示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of the heat dissipation for refrigerator hotend

    图  6  内热源传热路径

    Figure  6.  Heat transfer path of the internal heat source

    图  7  相机有限元模型

    Figure  7.  Finite element model of camera

    图  8  高温工况温度分布云图与温度变化曲线

    Figure  8.  High temperature distribution clouds and temperature variation curves

    图  9  低温工况温度分布云图与温度变化曲线

    Figure  9.  Low temperature distribution clouds and temperature variation curves

    表  1  内热源温控指标

    Table  1.   Temperature index of the internal heat source 

    Component Operating temperature
    Visible components -5~40
    Infrared components -25~55
    Refrigerator compressor -15~30
    refrigerator hot end ≤20
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    表  2  相机工况定义

    Table  2.   Definition of camera working conditions

    Solar position β Heat sink surface coating surface properties
    High temperature working condition Winter solstice α/ε=0.23/0.92(End period)
    Low temperature working condition Summer Solstice 60° α/ε=0.13/0.92(Initial period)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-18
  • 修回日期:  2022-05-11
  • 刊出日期:  2023-05-20

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