一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置

本发明涉及卫星力热控制领域，特别涉及一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置。

背景技术：

1、随着航天科技的高速发展，卫星技术也朝着集成化方向前进。在卫星承载和热控制领域，传统的散热板设计通常采用铝金属材料制成，通过表面涂层来实现散热。然而，这种设计存在一些技术局限。首先，传统的散热板结构通常较为复杂且重量较大，这会增加卫星的整体重量并影响卫星的发射和轨道调整。其次，传统散热板的热传导效率有限，无法快速有效地将热量从卫星各部件传导到散热板表面，从而影响卫星的热控制效果。随着卫星任务的不断拓展和卫星负载的增加，对卫星的散热性能提出了更高的要求。新型散热板需要具有更高的热传导效率，能够快速有效地将各部件产生的热量传导到散热板表面，并通过辐射、对流和传导等方式将热量散发出去，以保证卫星在各种环境条件下的稳定工作。其次，新型卫星散热板需要具有更轻量化的设计，以减轻卫星整体重量，提高卫星的运载效率。此外，新型散热板还需要具备较高的机械强度和刚度，以保证卫星在发射、轨道调整和工作过程中的结构稳定性和安全性。因此，目前亟需一种集成化卫星舱板集成包括高热传导效率、轻量化、高机械强度和刚度的要求，以满足卫星在不同工作环境下的稳定性和安全性要求。

2、专利cn112960144a公开了一种基于3d打印一体成型的舱板，舱板由3d打印技术一体成型，舱板内部有槽道热管，外部一体化打印点阵结构，内部一体化打印蜂窝芯子结构，实现了卫星舱板承载散热一体化、轻量化设计。由于3d打印技术中材料层间结合力有限，因此，该舱板的承载能力有一定局限性，且舱板外部打印点阵结构，破坏了舱板结构的完整性。

3、专利cn116374215a公开了一种热管点阵卫星均温板结构及其设计方法、制造方法，将立方体点阵结构桁架做成中空管状结构，内部抽负压并填充相变介质，形成具备换热能力的热管点阵结构。由于内部将热管设为点阵结构，因此，舱板内部热管数量较多，整体重量较大。

技术实现思路

1、为解决上述技术难题，本发明提出一种传热效率高、承载能力强的卫星舱板结构。

2、本发明的技术方案是：一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，主要包括上顶板、横向热管、纵向热管、下基板和芦苇仿生点阵结构，所述的上顶板内表面平行等距预埋多根纵向热管，所述的下基板内表面平行等距预埋多根横向热管，横向热管与纵向热管相互正交，且两种热管投影重合区域外表面紧密接触，使上下板实现热耦合。所述的两板所组成的空间内交错填充有芦苇仿生点阵结构，该单胞分支臂结构类似于芦苇杆茎，分支臂内部中空且管径由每分段中部到两端逐渐增大。

3、优选地，本发明一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，所述的横向热管、纵向热管均为放倒的8字型双孔结构，该结构可增大热管翅板的受热面积，提高换热效率。热管在蒸发段吸热后，内部工质蒸发吸热，气态工质扩散到冷凝段放热冷凝回液体，液体再通过热管内壁的毛细芯结构在毛细力的作用下回流到蒸发段，如此循环往复。热管整体材料为航空用7075硬铝合金，其毛细芯结构由选择性激光熔化技术一体成型，使用选择性激光熔化技术成型的毛细芯结构均匀、孔隙微小，更有利于工质的回流。

4、优选地，所述的横向热管、纵向热管排布间距一般建议为10cm左右，且热管分布密度建议为1个/d㎡(dm为分米)，若舱板承载单机功耗或温度有特殊要求，可适当调整其参数。

5、优选地，所述的横向热管、纵向热管排布数量最少3个，最多不应超过10个，热管数量过少会导致卫星单机热量无法及时传导，数量过多会增加舱板重量。

6、优选地，所述的横向热管、纵向热管和外贴热管，装填工质前内部均抽成负压状态，装填工质后，两端设有封闭堵头，维持热管密封状态。

7、优选地，所述的预埋热管安装方式为螺钉固定连接，热管翅板上预留有螺纹孔，与上顶板或下基板上对应光孔配合定位连接，螺钉连接后进行点焊处理，防止松动。

8、优选地，所述的芦苇仿生点阵结构以笼目(kagome)结构为骨架基础，分支臂模仿芦苇竹节结构，芦苇竹节结构具有优异的抗拉伸和弯曲性能，且有良好的韧性，不易断裂。

9、优选地，所述的芦苇仿生点阵结构，其单胞分支臂分段数可根据卫星实际工作过程中舱板的承载力调节，本发明专利选取为2。

10、优选地，所述的芦苇仿生点阵结构，其层数需根据卫星工作环境中需承载的载荷性质及热管尺寸决定，如卫星工作时需有较大刚度、热管高度尺寸加大，则可适当增加点阵结构层数。

11、优选地，所述的芦苇仿生点阵结构，其单胞分支臂竹段部分内部中空，且每节竹段管径中间较小，到两端管径逐渐增大，竹节部分实心。优选地，所述的芦苇仿生点阵结构，与上顶板、下基板均采用选择性激光熔化技术一体化成型技术制造，使用材料为航空用7075硬铝合金。

12、优选地，所述的芦苇仿生点阵结构，根据仿真结果横向对比，择优选择结构参数，其纵向高度应≤8mm，竹节部分直径取为纵向高度四分之一，竹段部分管壁厚度应大于0.1mm，纵向高度过大、壁厚过薄会使点阵结构强度不够，竹段过粗会增大点阵结构质量。

13、优选地，所述的横向热管、纵向热管贯通卫星舱板，且发挥加强筋板的作用。

14、优选地，所述的外贴热管设置在舱板外部，即下基板外表面。

15、优选地，所述的外贴热管安装密度根据舱板上卫星单机安装的位置决定，即在发热功率较大的单机对应侧，外贴热管安装密度大，反之密度较小。

16、优选地，所述的外贴热管应设置安装在相邻两横向或纵向热管之间。

17、本发明的优点及其增益效果为：本发明提供的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，通过将横向热管、纵向热管外贴互连，实现散热板上下两板热耦合。热管在轴向方向传热效率高，通过横纵热管等距均布且热管翅板正交外贴，使整块舱板充当散热面板，当舱板上安装的单机开始工作时，即有局部热源时，强制所有热管参与散热过程，利用此种半主动热控的方式，即单机热源附近热管被动散热的同时也强制所有预埋热管一同散热，大幅提高了卫星散热效率。并且较高密度排布的横纵热管可发挥加强肋板的作用，大大提高了卫星承载刚度。同时采用芦苇仿生点阵结构，其集成了芦苇优异的抗剪切和抗弯曲力学性能，进一步提升了舱板的力学性能，且内部中空结构在保证强度的同时，大幅降低了舱板质量。

技术特征：

1.一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：主要包括上顶板、横向热管、纵向热管、下基板和芦苇仿生点阵结构，所述的上顶板内表面平行等距预埋多根纵向热管，所述的下基板内表面平行等距预埋多根横向热管，横向热管与纵向热管相互正交，且两种热管投影重合区域外表面紧密接触，使上顶板、下基板实现热耦合；所述的上顶板、下基板的两板所组成的空间内交错填充有芦苇仿生点阵结构，芦苇仿生点阵结构的单胞分支臂结构类似于芦苇杆茎，分支臂内部中空且管径由每分段中部到两端逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：所述的横向热管、纵向热管均为放倒的8字型双孔结构，热管翅板的受热面积增大，热管在蒸发段吸热后，内部工质蒸发吸热，气态工质扩散到冷凝段放热冷凝回液体，液体再通过热管内壁的毛细芯结构在毛细力的作用下回流到蒸发段，如此循环往复；热管整体材料为航空用7075硬铝合金，其毛细芯结构由选择性激光熔化技术一体成型。

3.根据权利要求1所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：所述的横向热管、纵向热管排布间距一般建议为10cm左右，且热管分布密度建议为1个/d㎡。

4.根据权利要求1所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：所述的横向热管、纵向热管排布数量最少3个，最多不应超过10个。

5.根据权利要求1所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：下基板外表面设置外贴热管，所述的横向热管、纵向热管和外贴热管，装填工质前内部均抽成负压状态，装填工质后，两端设有封闭堵头，维持热管密封状态。

6.根据权利要求1所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：所述的预埋热管安装方式为螺钉固定连接，热管翅板上预留有螺纹孔，与上顶板或下基板上对应光孔配合定位连接，螺钉连接后进行点焊处理。

7.根据权利要求1所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：所述的芦苇仿生点阵结构以笼目结构为骨架基础，分支臂模仿芦苇竹节结构；芦苇仿生点阵结构的单胞分支臂竹段部分内部中空，且每节竹段管径中间较小，到两端管径逐渐增大，竹节部分实心。

8.根据权利要求7所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：所述的芦苇仿生点阵结构，与上顶板、下基板均采用选择性激光熔化技术一体化成型技术制造，使用材料为航空用7075硬铝合金。

9.根据权利要求7所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：所述的芦苇仿生点阵结构，根据仿真结果其纵向高度应≤8mm，竹节部分直径取为纵向高度四分之一，竹段部分管壁厚度应大于0.1mm。

10.根据权利要求5所述的一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，其特征在于：所述的横向热管、纵向热管贯通卫星舱板，所述的外贴热管应设置安装在相邻两横向或纵向热管之间。

技术总结本发明提供了一种卫星用仿生结构承载散热舱板装置，主要包括上顶板、横向热管、纵向热管、下基板和芦苇仿生点阵结构，上顶板内表面平行等距预埋多根纵向热管，下基板内表面平行等距预埋多根横向热管，横向热管与纵向热管相互正交，且两种热管投影重合区域外表面紧密接触，上顶板、下基板的两板所组成的空间内交错填充有芦苇仿生点阵结构，芦苇仿生点阵结构的单胞分支臂结构类似于芦苇杆茎，分支臂内部中空且管径由每分段中部到两端逐渐增大。本发明通过横纵热管等距均布且热管翅板正交外贴，使整块舱板充当散热面板，较高密度排布的横纵热管可发挥加强肋板作用，同时采用芦苇仿生点阵结构，其内部中空结构在保证强度的同时，大幅降低了舱板质量。技术研发人员：张恩祥,迟百宏,徐志明,杨卫民,张锋华受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17