文档介绍：航天器环境工程第 30 卷第 5 期
522 SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 2013 年 10 月
相变材料在航天器上的应用
王磊 1,菅鲁京 2
(1. 钱学森空间技术实验室;2. 北京空间飞行器总体设计部:北京 100094)
摘要:随着航天技术的发展,航天器内部仪器设备的功耗和热流密度不断增大,给航天器热控设计带来新
的困难,但为相变材料的应用提供了机遇。文章针对相变材料在相变过程中具有温度恒定、没有运动部件等特
点,重点介绍了相变材料分类、特性及其在航天器热控设计中的应用,分析了相变材料在工程应用中面临的问
题,给出了相变材料在航天器热控技术上应用的发展方向。
关键词:航天器;热控;相变材料;热管理
中图分类号:TK124 文献标志码:A 文章编号:1673-1379(2013)05-0522-07
DOI:.1673-
0 引言如图 1 所示。
航天器在轨运行时,因轨道的外热流变化很大,
致使仪器设备的热负荷发生巨大变化[1]。特别是某
些热容较小的特殊设备的工作温度范围越来越窄,
同时对温度波动性又有很高的要求,这给航天器热
控设计带来了很多技术难题。
由于相变材料在相变过程中具有等温或近似
等温、吸收/释放大量潜热的优点,特别适用于具
有周期性脉冲式工作的仪器设备;相变材料的另一
特点是没有运动部件,原则上可以进行无限次的可
逆工作,具有很高的可靠性。本文评述了相变材料
在航天器热控技术中的具体应用,给出了相变材料图 1 相变材料分类
Fig. 1 Classification of phase change materials
在航天器热控技术上应用的发展方向。
相变材料的选用考虑
相变材料及热控装置
1 相变材料作为储存热量的载体,针对不同的应
相变材料的分类用场合和目的,应选择不同的相变材料,这关系到
相变材料的种类很多,多达 6000 种以上。按相变装置设计的成败。
相变的形式,可分为固-固、固-液、气-液、气- 航天器的相变材料选用应考虑以下几个方
[4-5]
固 4 种相变材料,一般来说按上述分类顺序,其相面。
变潜热逐渐增大。由于气-液、气-固相变过程中产 1)相变温度
生大量气体,使得相变装置必须能承受气体膨胀高相变材料的相变温度点应选择在被控设备温
压而变得复杂[2]。目前在航天器热控设计中普遍采度周期变化中的某一点上,尽可能使升温传热量等
用的是固-液相变材料,它的相变潜热较大但相变于降温传热量,这样可以避免在多次固-液的相变
体积变化小、相变温度范围广[3]。相变材料的分类转换中,由于升温传热量与降温传热量的不平衡
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收稿日期: ;修回日期:
2013-04-10 2013-08-30
基金项目:“十一五”预先研究项目(编号:51312040602)
作者简介:王磊(1969—),男,博士学位,高级工程师,研究方向为航天器热控制, 热控材料和空间环境。E-mail:leiwhit@。
第 5 期王磊等:相变材料在