一種臨近空間密封艙的溫度控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及臨近空間飛行器領域，尤其涉及臨近空間密封艙的溫度控制技術。
【背景技術】
[0002]隨著現代科學技術的發展，臨近空間(Nearspace，20?10km高度的高空)獨特的資源優勢已成為各國關注的熱點，臨近空間飛行器憑借其綜合能力較強、費用相對較低等優點，成為各國爭相研發的熱點，臨近空間載人旅行、高空實驗、攝影勘探、導航等領域逐漸得到開發利用，其中，臨近空間短期載人旅行作為一個新興的旅游產業，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的溫度控制。然而，由于臨近空間獨特的氣溫、氣壓等環境因素，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境特殊性，使其溫度控制具有與衛星或地面設備明顯不同的“特殊性”，需要研究適用于臨近空間飛行器的溫度控制技術，特別是針對短期載人飛行的密封艙，必須采用特殊的設計理念，滿足人員對艙內環境溫度的需求。密封艙在上升和下降過程中由于外界環境變化較為劇烈，必須實現外界環境的隔絕，采用相對獨立的溫度控制措施，而密封艙在臨近空間停留過程中，夕卜界環境相對較為穩定，可以充分利用外界環境冷源，與外界進行良好和相對穩定的冷熱交換，同時為保證下降過程中對冷量的需求，減少系統的復雜性，對制冷設備進行冷量補充。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種臨近空間密封艙的溫度控制系統，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，解決外界環境變化距離對艙內溫度影響的問題。
[0004]為解決上述問題，本發明提出一種臨近空間密封艙的溫度控制系統，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，其內具有蓄冷工質，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有第一控制閥；
[0007]第一旁通管路，其通過液體管路并聯在所述蓄冷換熱器兩端，其上設置有第二控制閥；
[0008]氣液換熱器，其用以和艙內換熱，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]根據本發明的一個實施例，所述采集控制器控制所述第一控制閥關閉、第二控制閥打開，則管路液體工質依次循環流經艙壁換熱器、第一旁通管路、氣液換熱器構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，則管路液體工質流經艙壁換熱器后同時流經蓄冷換熱器和第一旁通管路、之后流經氣液換熱器構成循環的艙壁換熱器供冷蓄冷回路。
[0011]根據本發明的一個實施例，還包括第二旁通管路，其通過液體管路并聯在所述艙壁換熱器的兩端，其上設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、第二控制閥關閉、第三控制閥打開、第四控制閥關閉，則管路液體工質依次循環流經第二旁通管路、蓄冷換熱器、氣液換熱器構成蓄冷換熱器供冷回路。
[0012]根據本發明的一個實施例，還包括第三旁通管路，其通過液體管路并聯在所述氣液換熱器的兩端，其上設有由所述采集控制器控制的第五控制閥。
[0013]根據本發明的一個實施例，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節流經的管路液體工質流量的電動調節閥。
[0014]根據本發明的一個實施例，還包括設置在液體管路上并用以為液體管路補加管路液體工質的儲液器。
[0015]根據本發明的一個實施例，還包括循環風機，其設置在氣液換熱器上，用以驅動空氣循環加速氣液換熱器的換熱。
[0016]根據本發明的一個實施例，還包括電加熱器，其設置在所述循環風機輸出的通風管路上，并由采集控制器控制啟閉。
[0017]根據本發明的一個實施例，還包括液體栗，其設置在液體管路中，用以驅動管路液體工質循環。
[0018]根據本發明的一個實施例，還包括設置在液體管路上的手動控制閥。
[0019]采用上述技術方案后，本發明相比現有技術具有以下有益效果:通過在密封艙的艙壁上設置艙壁換熱器，從而可以獲取到密封艙之外的冷源，設置蓄冷換熱器，從而能夠對該冷源進行儲蓄，實現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，實現蓄冷換熱器的再利用，并且設置第一旁通管路，能夠對艙壁換熱器的冷源直接利用，對艙內進行供冷，蓄冷或供冷的選擇和調節可由采集控制器控制第一控制閥和第二控制閥實現。通過對蓄冷和供冷的選擇和調節，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，解決外界環境變化距離對艙內溫度影響的問題。
[0020]通過管路回路切換，滿足臨近空間不同外界環境條件下艙內制冷的需求，此外還通過電加熱器滿足艙內制熱需求，實現了臨近空間密封艙不同飛行階段對艙內溫度調節的目的，系統簡單可靠，可以多次重復使用，降低了使用費用，縮短了發射流程。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明實施例的臨近空間密封艙的溫度控制系統的結構示意圖。
[0022]圖中標號說明:
[0023]氣液換熱器I，循環風機2，電加熱器3，液體栗4，蓄冷換熱器5，艙壁換熱器6，儲液器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，手動閥門16，液體管路17，通風管路18，第一旁通管路Pl，第二旁通管路P2，第三旁通管路P3
【具體實施方式】
[0024]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0025]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
[0026]本發明采用蓄冷換熱器和艙壁換熱器結合，可以在密封艙飛行的不同階段合適地為艙內供冷，調整不同的換熱回路(換熱回路包括供冷回路和/或蓄冷回路)，實現密封艙在上升、停留和下降全過程中艙內溫度的適應性保障，滿足密封艙載人飛行的溫度需要，解決外界環境的劇烈變化對艙內溫度造成影響的問題；在臨近空間停留階段，可切換至相應換熱回路，通過艙壁換熱器采集艙外冷源，對蓄冷換熱器進行蓄冷，從而降低了蓄冷換熱器的重量，實現蓄冷換熱器的再利用。
[0027]參看圖1，在本實施例中，臨近空間密封艙的溫度控制系統包括艙壁換熱器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表面上，從而通過艙壁間接獲取外部冷源，其余的設備可以布置在密封艙內。
[0029]蓄冷換熱器5內具有蓄冷工質，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有第一控制閥10，第一控制閥10可以為一個閥門或者閥門組，通過控制閥門的開啟，艙壁換熱器6流出的管路液體工質流經蓄冷換熱器5。在一個實施例中，第一控制閥10為電動調節閥，由采集控制器8控制調節電動調節閥的開度，從而調節流經蓄冷換熱器5的管路液體工質的流量，對換熱回路進行調節。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上還設有手動控制閥，便于設備的維修和更換。
[0030]第一旁通管路Pl通過液體管路17并聯在蓄冷換熱器5兩端，第一旁通管路Pl上設置有第二控制閥12，第二控制閥12可以為一個閥門或者閥門組，通過控制閥門的開啟，艙壁換熱器6流出的管路液體工質流經第一旁通管路Pl。在一個實施例中，第二控制閥12為自鎖閥，由采集控制器8控制打開或關閉，或者第二控制閥12也可以為電動控制閥，由采集控制器8控制開度，從而控制流經的流量。
[0031 ]氣液換熱器I通過密封艙內的氣體流通來和艙內換熱，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內的管路液體工質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上還設有手動控制閥，便于設備的維修和更換。
[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，或者可以調節第一控制閥1和第二控制閥12的閥門開度。
[0033]較佳的，溫度控制系統還包括液體栗4，其設置在液體管路17中，用以驅動管路液體工質循環，更具體的是設置在艙壁換熱器6的輸入端的液體管路17上，管路