摘要：在地面进行空间环境模拟试验是检验和保证航天器等设备安全可靠性和工作寿命的重要策略。月球或深空等复杂特殊的空间环境，如极端深冷环境和由于昼夜交替导致的极大升、降温速率等因素，对航天器性能提出了更为苛刻的条件。本论文探讨工作为设计和研制了氦气氛高低温空间环境模拟系统，并对其进行了热质仿真探讨和试验探讨，验证了该高低温环境模拟系统具有大升降温速率和高温度均匀性的特性。主要得到以下结果：(1)设计和研制了具有高变温速率的高低温空间环境模拟系统，其主要特点为（a）舱内非高真空环境，而是充注绝对压力90kPa氦气；（b）工作温度范围为68K~373K，引入四缸两级斯特林低温制冷机，突破液氮冷源降温下限。系统除了有与常规热真空罐相同的辐射传热外，更重要的是允许舱内有自然对流甚至强制对流传热，以而大大加强传热速度，特别是在接近目标温度时显著减少对被测物的冷却或加热时间。这一特性使得该新型高低温系统在结构和传热机理上有着与常规热真空罐本质的区别。本系统优点除了升降温速率大外，内部温度均匀性也得到提升。（2）进行在高温工况和低温工况的数值模拟浅析，模拟舱内为90kPa氦气的情况下传热方式为自然对流和辐射传热耦合时舱内温度场和流场分布情况。计算结果表明在高温工况时，热沉表面及试验舱内部空间随着热沉壁面电加热器功率的输入，在浮升力作用下呈现温度上高下低分布，热沉壁面上下有着10K左右温差,而舱内空间的上下最大温差为23K；停止加热后，热沉壁面和舱内温度趋于稳定，最终温度均匀性在2K以内。低温工况时，首先计算得热沉单管内液氮流动使热沉壁面上下有3K温差，再利用上面陈述的结果运用用户自定义函数设定热沉壁面温度分布，计算结果表明在快速降温结束时刻舱内氦气上下最大温差为41.7K，之后温度逐渐降低至热沉温度附近，且计算结束时刻上下温差为2.47K。（3）在高、低温工况下分别对整个氦气氛高低温空间环境模拟系统进行初步运转及调试试验。低温试验，主要考察在热沉壁面和舱内空间降温至液氮温区历程中，转变舱内工作介质氮气压力，增加强制对流等条件对温度场的影响，以及自然复温阶段的温度均匀性浅析。高温试验，主要考察在不同电加热输入功率条件下，热沉壁面和舱内空间升温速率和温度分布情况。实验结果表明，系统总体上满足升温速率和温度均匀性要求且有良好的保温绝热性能，对系统的进一步详细试验具有指导性作用。（4）采取耐高低温的舱内摄像监控视频系统取代漏热严重的传统观察窗形式。为能实时观察监控试验舱内部待测设备工作情况，设计了面向-196°C到+100°C全温区高低温工作环境的紧凑型摄像监视系统，采取真空绝热、热桥阻断和主动加热或冷却等绝热保温措施，实现了设备在目标温度范围内正常工作。当外部环境为低温工况时，在摄像器件自身产热的基础上，调节内部电加热进行热量补偿；当外部为高温工况时，通过持续进出的常温干燥氮气冷却摄像核心器件。两者可连续切换。对所设计的高低温摄像系统进行了漏热论述计算并对其实际低温性能进行实验探讨，结果表明该系统可胜任-196°C~+100°C高低温工作任务，内部感光器件表面的实际温度可制约在-30°C~+50°C之间。关键词：非高真空论文高变温速率论文高低温系统论文摄像系统论文
摘要5-7
ABSTRACT7-11
第一章 绪论11-19
1.1 探讨背景及作用11-12
1.2 空间环境模拟系统的探讨近况12-18
1.2.1 国内外主要空间环境模拟系统介绍13-15
1.2.2 深冷环境的实现策略15-16
1.2.3 热沉技术进展与探讨16-17
1.2.4 低温可视化装置的探讨17-18
1.3 本论文探讨的主要内容18-19
第二章 氦气氛高低温空间环境模拟系统介绍19-31
2.1 系统主要功能和技术指标19-20
2.2 空间环境模拟系统组成介绍20-28
2.2.1 环境模拟试验舱22-25
2.2.2 液氮系统及回收25-26
2.2.3 制冷机系统26-27
2.2.4 测量制约系统27-28
2.3 空间环境模拟系统工作流程介绍28-30
2.4 本章小结30-31
第三章 高低温环境试验舱数值模拟浅析31-50
3.1 试验舱模型建立31-32
3.2 试验舱数值模型的参数设置32-36
3.2.1 模型检测设32-33
3.2.2 数学模型33-34
3.2.3 网格独立性验证34-36
3.2.4 测温点设置36
3.3 热态工况数值浅析36-43
3.3.1 加热历程38-40
3.3.2 温度稳定历程40-43
3.4 冷态工况数值浅析43-48
3.4.1 单管流动数值浅析43-44
3.4.2 舱内温场及速度场浅析44-48
3.5 本章小结48-50
第四章 高低温工况实验浅析50-60
4.1 低温工况调试试验50-54
4.1.1 低温降温实验50-54
4.1.2 低温自然复温实验54
4.2 高温工况调试试验54-57
4.2.1 热负荷计算55-56
4.2.2 高温工况试验56-57
4.3 实验数据和数值模拟浅析比较57-58
4.4 本章小结58-60
第五章 高低温摄像装置设计与低温实验探讨60-67
5.1 实验装置设计60-62
5.2 传热论述计算62-64
5.2.1 辐射换热部分62
5.2.2 波纹管导热部分62-63
5.2.3 剩余气体导热部分63-64
5.3 实验及数据浅析64-66
5.4 本章小结66-67
第六章 总结与展望67-69
6.1 总结67-68
6.2 展望68-69
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