相變材料在箭載相控陣天線中的應(yīng)用

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1、2016年第2期導(dǎo)彈與航天運載技術(shù)No.22016總第344期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.344文章編號：1004-7182(2016)02-0094-03DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20160221相變材料在箭載相控陣天線中的應(yīng)用葛魯寧，石同武（上海航天電子技術(shù)研究所，上海，201109）摘要：本文介紹了一種箭載相控陣天線冷板的工作原理和結(jié)構(gòu)形式，利用相變材料的原理，解決了箭載相控陣天線工作過程中T組件散熱量大的問題。通過有限元分析和試驗驗證，表明冷板的設(shè)計切實可行。關(guān)鍵詞：相控陣天線；相變材料；T組件；冷

2、板+中圖分類號：V443.4文獻標識碼：AApplicationofPCMforRockets-borneActivePhased-arrayGeLu-ning,ShiTong-wu(ShanghaiSpaceflightElectronicTechnologyInstitute,Shanghai,201109)Abstract:Thepaperintroducesthestructureandprinciplesofacoldplateforrocket-bornephasedarrayapplication.Theproposedcoldplatesuccessfu

3、llycoolsdowntheTmodulesonworkingbyusingthephase-changematerial(PCM)principle.Furthermore,thefeasibilityoftheproposedcoldplateisverifiedbytheanalysisofFEMandtestingofprototypeplate.Keywords:Phased-array;Phasechangematerial;Tmodules;Coldplate0引言并將其聚集到吸熱/蓄熱器的圓柱形腔內(nèi)，被吸收轉(zhuǎn)換由于相變材料具有儲熱密度大、儲熱容器體積小

4、、成熱能，其中一部分熱能傳遞給循環(huán)工質(zhì)以驅(qū)動熱發(fā)熱效率高等優(yōu)點，相變材料熱儲能的應(yīng)用備受關(guān)注，電機，另一部分熱能則被分裝在多個小容器內(nèi)的相變在太陽能、航天、航空及建筑節(jié)能等領(lǐng)域具有廣闊的蓄熱材料（PCM）中，通過熔化而吸收儲存起來。在[1]應(yīng)用前景。在某箭載相控陣天線的設(shè)計中，由于T軌道陰影期，PCM在相變點附近凝固放熱，充當熱源，[3,4]組件（發(fā)射單元）工作過程中效率較低，會產(chǎn)生大量使得空間站仍能連續(xù)工作。的熱，而T組件內(nèi)部元器件都有一定的工作溫度范圍石蠟是一種固-液相變材料，分為全精煉石蠟和半（≤65℃）要求，因此需要考慮散熱措施。相控陣天精煉石蠟，具有相變潛熱高

5、、幾乎沒有過冷現(xiàn)象、熔線中傳統(tǒng)的冷卻方式主要有自然冷、風(fēng)冷和水冷。在化時蒸氣壓力低、不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且化學(xué)穩(wěn)定性較箭載環(huán)境中，自然冷卻效果不明顯，風(fēng)冷和水冷散熱好、在多次吸放熱后相變溫度和相變潛熱變化很小、[5]方式受條件限制不宜采用。為了解決此問題，本文提自成核、沒有相分離和腐蝕性、價格較低等優(yōu)點。出了一種基于相變機理的冷板方法，成功地解決了相控陣天線工作過程中的散熱問題。2模型建立綜合考慮運載火箭的安裝環(huán)境，在相控陣天線設(shè)1相變機理計中，將冷板和T組件設(shè)計為如圖1所示的結(jié)構(gòu)形式。相變材料（PhaseChangeMaterial，PCM）是以潛熱形式儲存和釋放能量的材

6、料，在相變溫度范圍內(nèi)，[2]相態(tài)發(fā)生變化時儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。相變材料主要應(yīng)用于儲能和溫控方面，表面恒溫時間t是衡量相變材料性能的主要指標。NASA空間站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)利用拋物型的聚能器截獲太陽能，圖1冷板外形收稿日期：2015-01-24；修回日期：2015-02-09作者簡介：葛魯寧（1985-），男，工程師，主要研究方向為天饋線結(jié)構(gòu)設(shè)計第2期葛魯寧等相變材料在箭載相控陣天線中的應(yīng)用95由圖1可知，冷板的上、下面均可以用來安裝T將這3點影響忽略后，用FloEFD軟件給出了T組件，T組件與冷板之間安裝時粘貼導(dǎo)熱墊，增大傳組件工作3h后的溫度云圖，結(jié)果如

7、圖3所示，冷板溫熱效率。度曲線變化如圖4所示。由圖3、圖4可以看出T組相變材料封裝在冷板內(nèi)部，考慮到相變材料本身件的最高溫度約為61℃，未超過T組件允許的工作的導(dǎo)熱性較差，將冷板內(nèi)部設(shè)計成肋片間隔的多腔結(jié)溫度范圍，這說明采用相變材料的冷卻方式理論上是構(gòu)，如圖2所示。圖2中各腔用于容納相變材料，肋可行的。片有利于熱量的傳遞，肋片長度小于冷板的寬度，腔體的兩端可以相互連通，可以保證相變材料發(fā)生相變后在冷板內(nèi)部的流通性。圖3熱分析結(jié)果圖2冷板內(nèi)部原理在冷板設(shè)計時，選用的相變材料的質(zhì)量可以通過式（1）計算得出：Qτ??()ttcm=m1e（1）r