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目前,辐射制冷器正向着更大直径更大冷量的方向发展。支撑是限制其发展的关键部件。近些年来,国内外级间支撑的研究热点主要集中在支撑材料和支撑结构型式等方面。目前国内采用的复合环氧玻璃钢支撑带存在某些缺陷限制了更大直径、更大冷量的辐射制冷器的发展。而一种新型的纤维支撑系统,具有非常高的力学稳定性和绝热性能,已被美国、俄罗斯等国成功实际应用到航天航空中。
本文主要介绍了对纤维支撑系统的结构设计、理论分析以及试验研究。选取一种高强度低导热的纤维作为理想的支撑材料。通过试验的方法,成功设计一种有效连接纤维的接头结构,为成功研制纤维支撑系统奠定了基础。根据辐射制冷实际使用要求,设计了一组实用的纤维支撑拉紧及吊装结构。
由于支撑系统必须同时具有良好的绝热性能和较高的刚度和机械强度,必须对其进行热学和力学理论分析。利用傅立叶一维热传导公式,计算出纤维支撑系统的漏热,并与已有的张力带支撑系统进行比较。利用有限元软件,对系统进行准静态、模态和热应力分析。分析结果给出了纤维需施加的预紧力大小,并且对部件的强度和位移进行了考察。纤维支撑系统的理论分析验证了纤维支撑系统方案的可行性,同时为进一步的试验研究提供了充分的理论依据。
此外,分别对张力带支撑系统和纤维支撑系统进行了振动试验研究。通过合理的吊装方法和辅助装配结构,完成纤维支撑系统的装配和预紧。考察两支撑系统在正弦扫描和随机振动下的加速度响应情况,对共振频率和响应加速度进行分析比较。试验结果表明,纤维支撑系统具有更高的最低共振频率,并且具有更小的最大响应加速度。这表明,纤维支撑系统和张力带支撑系统相比,具有更好的抗振性能和力学稳定性,可以更好保证杜瓦系统在卫星发射过程中的刚度,减小振动对杜瓦位移的影响,保证探测器光学光路的准直度。