一種臨近空間密封艙的溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及臨近空間飛行器領(lǐng)域，尤其涉及臨近空間密封艙的溫度控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，臨近空間(Nearspace，20?10km高度的高空)獨(dú)特的資源優(yōu)勢(shì)已成為各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)，臨近空間飛行器憑借其綜合能力較強(qiáng)、費(fèi)用相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，成為各國(guó)爭(zhēng)相研發(fā)的熱點(diǎn)，臨近空間載人旅行、高空實(shí)驗(yàn)、攝影勘探、導(dǎo)航等領(lǐng)域逐漸得到開發(fā)利用，其中，臨近空間短期載人旅行作為一個(gè)新興的旅游產(chǎn)業(yè)，逐漸引起人們的興趣。但為了保證載人旅行的安全、提高人員舒適度，就必須做好密封艙相應(yīng)的溫度控制。然而，由于臨近空間獨(dú)特的氣溫、氣壓等環(huán)境因素，使得臨近空間飛行器的溫度控制措施既不同于通常的航空飛行器，也不同于大氣層外衛(wèi)星等航天器。在20km以下的近地空間，氣溫和氣壓隨海拔高度的增加逐漸降低。而在臨近空間中則不同，每千米高度約升溫2°C，而氣壓亦隨海拔高度的增加逐漸降低，在20km高度處，氣溫-57°C，大氣壓力約5500Pa，而在50km高度處，氣溫升至_3°C，大氣壓力降至80Pa。由于臨近空間飛行器所處空間的熱環(huán)境特殊性，使其溫度控制具有與衛(wèi)星或地面設(shè)備明顯不同的“特殊性”，需要研究適用于臨近空間飛行器的溫度控制技術(shù)，特別是針對(duì)短期載人飛行的密封艙，必須采用特殊的設(shè)計(jì)理念，滿足人員對(duì)艙內(nèi)環(huán)境溫度的需求。密封艙在上升和下降過程中由于外界環(huán)境變化較為劇烈，必須實(shí)現(xiàn)外界環(huán)境的隔絕，采用相對(duì)獨(dú)立的溫度控制措施，而密封艙在臨近空間停留過程中，夕卜界環(huán)境相對(duì)較為穩(wěn)定，可以充分利用外界環(huán)境冷源，與外界進(jìn)行良好和相對(duì)穩(wěn)定的冷熱交換，同時(shí)為保證下降過程中對(duì)冷量的需求，減少系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)制冷設(shè)備進(jìn)行冷量補(bǔ)充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種臨近空間密封艙的溫度控制系統(tǒng)，能夠滿足臨近空間密封艙載人飛行在上升、停留、下降過程中的溫度需要，解決外界環(huán)境變化距離對(duì)艙內(nèi)溫度影響的問題。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種臨近空間密封艙的溫度控制系統(tǒng)，包括:
[0005]艙壁換熱器，其布置在密封艙的艙壁上，用以獲取艙外冷源；
[0006]蓄冷換熱器，其內(nèi)具有蓄冷工質(zhì)，其輸入端通過液體管路連接所述艙壁換熱器的輸出端，其輸入端或輸出端處設(shè)有第一控制閥；
[0007]第一旁通管路，其通過液體管路并聯(lián)在所述蓄冷換熱器兩端，其上設(shè)置有第二控制閥；
[0008]氣液換熱器，其用以和艙內(nèi)換熱，其輸入端通過液體管路連接所述蓄冷換熱器的輸出端，其輸出端通過液體管路連接所述艙壁換熱器的輸入端；以及
[0009]采集控制器，用以控制所述第一控制閥和第二控制閥。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述采集控制器控制所述第一控制閥關(guān)閉、第二控制閥打開，則管路液體工質(zhì)依次循環(huán)流經(jīng)艙壁換熱器、第一旁通管路、氣液換熱器構(gòu)成艙壁換熱器供冷回路;所述采集控制器控制所述第一控制閥打開、第二控制閥打開，則管路液體工質(zhì)流經(jīng)艙壁換熱器后同時(shí)流經(jīng)蓄冷換熱器和第一旁通管路、之后流經(jīng)氣液換熱器構(gòu)成循環(huán)的艙壁換熱器供冷蓄冷回路。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括第二旁通管路，其通過液體管路并聯(lián)在所述艙壁換熱器的兩端，其上設(shè)置有由所述采集控制器控制的第三控制閥；所述艙壁換熱器的輸入端或輸出端處設(shè)有第四控制閥；所述采集控制器控制所述第一控制閥打開、第二控制閥關(guān)閉、第三控制閥打開、第四控制閥關(guān)閉，則管路液體工質(zhì)依次循環(huán)流經(jīng)第二旁通管路、蓄冷換熱器、氣液換熱器構(gòu)成蓄冷換熱器供冷回路。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括第三旁通管路，其通過液體管路并聯(lián)在所述氣液換熱器的兩端，其上設(shè)有由所述采集控制器控制的第五控制閥。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一控制閥、第四控制閥和第五控制閥均包括一由所述采集控制器控制調(diào)節(jié)流經(jīng)的管路液體工質(zhì)流量的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括設(shè)置在液體管路上并用以為液體管路補(bǔ)加管路液體工質(zhì)的儲(chǔ)液器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括循環(huán)風(fēng)機(jī)，其設(shè)置在氣液換熱器上，用以驅(qū)動(dòng)空氣循環(huán)加速氣液換熱器的換熱。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括電加熱器，其設(shè)置在所述循環(huán)風(fēng)機(jī)輸出的通風(fēng)管路上，并由采集控制器控制啟閉。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括液體栗，其設(shè)置在液體管路中，用以驅(qū)動(dòng)管路液體工質(zhì)循環(huán)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括設(shè)置在液體管路上的手動(dòng)控制閥。
[0019]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:通過在密封艙的艙壁上設(shè)置艙壁換熱器，從而可以獲取到密封艙之外的冷源，設(shè)置蓄冷換熱器，從而能夠?qū)υ摾湓催M(jìn)行儲(chǔ)蓄，實(shí)現(xiàn)在臨近空間停留階段的蓄冷換熱器的載蓄冷，降低蓄冷換熱器的重量，實(shí)現(xiàn)蓄冷換熱器的再利用，并且設(shè)置第一旁通管路，能夠?qū)ε摫趽Q熱器的冷源直接利用，對(duì)艙內(nèi)進(jìn)行供冷，蓄冷或供冷的選擇和調(diào)節(jié)可由采集控制器控制第一控制閥和第二控制閥實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)蓄冷和供冷的選擇和調(diào)節(jié)，滿足臨近空間密封艙載人飛行在上升、停留、下降過程中的溫度需要，解決外界環(huán)境變化距離對(duì)艙內(nèi)溫度影響的問題。
[0020]通過管路回路切換，滿足臨近空間不同外界環(huán)境條件下艙內(nèi)制冷的需求，此外還通過電加熱器滿足艙內(nèi)制熱需求，實(shí)現(xiàn)了臨近空間密封艙不同飛行階段對(duì)艙內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的目的，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，可以多次重復(fù)使用，降低了使用費(fèi)用，縮短了發(fā)射流程。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的臨近空間密封艙的溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中標(biāo)號(hào)說明:
[0023]氣液換熱器I，循環(huán)風(fēng)機(jī)2，電加熱器3，液體栗4，蓄冷換熱器5，艙壁換熱器6，儲(chǔ)液器7，采集控制器8，第五控制閥9，第一控制閥1，第四控制閥11，第二控制閥12，第三控制閥13，壓力傳感器14，溫度傳感器15，手動(dòng)閥門16，液體管路17，通風(fēng)管路18，第一旁通管路Pl，第二旁通管路P2，第三旁通管路P3
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0025]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0026]本發(fā)明采用蓄冷換熱器和艙壁換熱器結(jié)合，可以在密封艙飛行的不同階段合適地為艙內(nèi)供冷，調(diào)整不同的換熱回路(換熱回路包括供冷回路和/或蓄冷回路)，實(shí)現(xiàn)密封艙在上升、停留和下降全過程中艙內(nèi)溫度的適應(yīng)性保障，滿足密封艙載人飛行的溫度需要，解決外界環(huán)境的劇烈變化對(duì)艙內(nèi)溫度造成影響的問題；在臨近空間停留階段，可切換至相應(yīng)換熱回路，通過艙壁換熱器采集艙外冷源，對(duì)蓄冷換熱器進(jìn)行蓄冷，從而降低了蓄冷換熱器的重量，實(shí)現(xiàn)蓄冷換熱器的再利用。
[0027]參看圖1，在本實(shí)施例中，臨近空間密封艙的溫度控制系統(tǒng)包括艙壁換熱器6、蓄冷換熱器5、第一旁通管路Pl、氣液換熱器I和采集控制器8。
[0028]艙壁換熱器6可以是換熱盤管，布置在密封艙的艙壁上，從而可以獲取艙外臨近空間的冷源，艙壁換熱器6例如是布置在密封艙的內(nèi)表面上，從而通過艙壁間接獲取外部冷源，其余的設(shè)備可以布置在密封艙內(nèi)。
[0029]蓄冷換熱器5內(nèi)具有蓄冷工質(zhì)，蓄冷換熱器5輸入端通過液體管路17連接艙壁換熱器6的輸出端，蓄冷換熱器5的輸入端或輸出端處設(shè)有第一控制閥10，第一控制閥10可以為一個(gè)閥門或者閥門組，通過控制閥門的開啟，艙壁換熱器6流出的管路液體工質(zhì)流經(jīng)蓄冷換熱器5。在一個(gè)實(shí)施例中，第一控制閥10為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，由采集控制器8控制調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)蓄冷換熱器5的管路液體工質(zhì)的流量，對(duì)換熱回路進(jìn)行調(diào)節(jié)。較佳的，在連接蓄冷換熱器5的輸入端或輸出端的液體管路17上還設(shè)有手動(dòng)控制閥，便于設(shè)備的維修和更換。
[0030]第一旁通管路Pl通過液體管路17并聯(lián)在蓄冷換熱器5兩端，第一旁通管路Pl上設(shè)置有第二控制閥12，第二控制閥12可以為一個(gè)閥門或者閥門組，通過控制閥門的開啟，艙壁換熱器6流出的管路液體工質(zhì)流經(jīng)第一旁通管路Pl。在一個(gè)實(shí)施例中，第二控制閥12為自鎖閥，由采集控制器8控制打開或關(guān)閉，或者第二控制閥12也可以為電動(dòng)控制閥，由采集控制器8控制開度，從而控制流經(jīng)的流量。
[0031 ]氣液換熱器I通過密封艙內(nèi)的氣體流通來和艙內(nèi)換熱，氣液換熱器I輸入端通過液體管路17連接蓄冷換熱器5的輸出端，也就是第一旁通管路Pl的輸出端，氣液換熱器I的輸出端通過液體管路17連接艙壁換熱器6的輸入端，氣液換熱器I內(nèi)的管路液體工質(zhì)通過換熱后流回艙壁換熱器6。較佳的，在連接氣液換熱器I的輸入端或輸出端的液體管路17上還設(shè)有手動(dòng)控制閥，便于設(shè)備的維修和更換。
[0032]采集控制器8可以控制第一控制閥10和第二控制閥12的啟閉，或者可以調(diào)節(jié)第一控制閥1和第二控制閥12的閥門開度。
[0033]較佳的，溫度控制系統(tǒng)還包括液體栗4，其設(shè)置在液體管路17中，用以驅(qū)動(dòng)管路液體工質(zhì)循環(huán)，更具體的是設(shè)置在艙壁換熱器6的輸入端的液體管路17上，管路