制冷機(jī)與深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)傳熱特性試驗(yàn)研究

王　錄　苗建印　張紅星（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，空間熱控技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

制冷機(jī)與深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)傳熱特性試驗(yàn)研究

王錄苗建印張紅星
（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，空間熱控技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

基于紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件深低溫?zé)峥匦枨螅_(kāi)展了脈沖管制冷機(jī)和氮工質(zhì)深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)的傳熱特性的試驗(yàn)研究。文章針對(duì)單脈沖管制冷機(jī)和單氮工質(zhì)深冷環(huán)路熱管的集成系統(tǒng)（單回路），進(jìn)行了深冷環(huán)路熱管超臨界啟動(dòng)特性、傳熱能力、漏熱量及隔離機(jī)械振動(dòng)特性的試驗(yàn)研究；針對(duì)雙脈沖管制冷機(jī)和雙氮工質(zhì)深冷環(huán)路熱管的集成系統(tǒng)（雙回路），進(jìn)行了正常運(yùn)行模式、無(wú)縫切換模式、故障切換模式及共同運(yùn)行模式的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，該集成系統(tǒng)可以滿足未來(lái)紅外探測(cè)載荷光學(xué)敏感元件深低溫?zé)醾鬏敿芭派⒌男枨?，并有效隔離制冷機(jī)機(jī)械振動(dòng)的影響。

深冷環(huán)路熱管；傳熱特性；超臨界啟動(dòng)

1　引言

某些采用紅外探測(cè)器進(jìn)行目標(biāo)成像的衛(wèi)星，對(duì)于被探測(cè)對(duì)象溫度在200～300 K范圍內(nèi)的目標(biāo)，紅外探測(cè)器的光學(xué)敏感元件溫度必須維持在120 K以下，才能消除背景溫度噪聲獲得高的成像質(zhì)量。脈沖管制冷機(jī)可以為紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件提供深低溫的工作環(huán)境（溫度在100 K以下）。若脈沖管制冷機(jī)和紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件直接耦合，將出現(xiàn)如下技術(shù)難點(diǎn):①因各自結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，機(jī)械接口設(shè)計(jì)困難；②脈沖管制冷機(jī)運(yùn)動(dòng)部件壓縮機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，會(huì)影響紅外探測(cè)器的成像質(zhì)量；③難以采取措施隔離脈沖管制冷機(jī)產(chǎn)生的電磁波對(duì)紅外探測(cè)器的干擾；④脈沖管制冷機(jī)停止運(yùn)行時(shí)向紅外探測(cè)器漏熱；⑤受空間布局所限，紅外探測(cè)器敏感元件附近直接布置兩個(gè)脈沖管制冷機(jī)較困難，難以設(shè)計(jì)冗余以提高紅外探測(cè)器的壽命和可靠性。要克服脈沖管制冷機(jī)和紅外探測(cè)器直接耦合帶來(lái)的問(wèn)題，必須建立一種“橋梁”，在紅外探測(cè)器敏感元件與脈沖管制冷機(jī)之間進(jìn)行高效的熱量收集和傳輸，隔離脈沖管制冷機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾，阻斷脈沖管制冷機(jī)停止工作時(shí)向紅外探測(cè)器漏熱，方便脈沖管制冷機(jī)布置備份，提高紅外探測(cè)器的壽命和可靠性。就目前的技術(shù)水平來(lái)講，該“橋梁”最簡(jiǎn)單可靠的形式為深冷環(huán)路熱管（CLHP）。其主蒸發(fā)器和冷凝器分別與紅外探測(cè)器和脈沖管制冷機(jī)耦合，接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，內(nèi)部?jī)上嗔鲃?dòng)的特征可以保證在紅外探測(cè)器和脈沖管制冷機(jī)間進(jìn)行高效的熱收集和熱傳輸，柔性細(xì)長(zhǎng)的管路結(jié)構(gòu)可以有效地減弱脈沖管制冷機(jī)機(jī)械振動(dòng)對(duì)紅外探測(cè)器成像質(zhì)量的影響及阻斷脈沖管制冷機(jī)不工作時(shí)向紅外探測(cè)器的漏熱，將紅外探測(cè)器和脈沖管制冷機(jī)從結(jié)構(gòu)布局上分離，方便脈沖管制冷機(jī)布置備份和采取措施隔離脈沖管制冷機(jī)產(chǎn)生的電磁波對(duì)紅外探測(cè)器的干擾。

鑒于深冷環(huán)路熱管在空間深低溫?zé)崾占c熱傳輸應(yīng)用中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，世界各國(guó)尤其是美國(guó)投入大量的精力對(duì)深冷環(huán)路熱管進(jìn)行研究。為解決光學(xué)系統(tǒng)的冷卻問(wèn)題，1998年Dave Glaister［1］提出兩軸交叉萬(wàn)向節(jié)的深冷環(huán)路熱管概念。隨后各種結(jié)構(gòu)形式的深冷環(huán)路熱管得到迅速的發(fā)展，適用溫度范圍逐漸深入到液氮、液氖、液氫溫區(qū)。針對(duì)光學(xué)敏感元件的低溫溫控需求，James Yun等［2］研制了一套乙烷工質(zhì)的深冷環(huán)路熱管冷卻裝置，采用低溫輻射器為熱沉，可以成功地從乙烷的超臨界溫度啟動(dòng)運(yùn)行，回路工作在—58℃時(shí)對(duì)副蒸發(fā)器施加5W功率，主蒸發(fā)器最大傳熱量為50W。D.Bugby等［3］先后研制交叉萬(wàn)向節(jié)CLHP、短傳輸距離的小型化CLHP和長(zhǎng)傳輸距離的小型化CLHP。交叉萬(wàn)向節(jié)CLHP采用氮為工質(zhì)，工作在80～100 K溫度范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)±45o俯仰角和±180o方位角的二維指向轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)計(jì)傳熱量為2～20W，溫度穩(wěn)定度為±2℃。短傳輸距離的小型化CLHP采用氖為工質(zhì)，工作在35 K附近，設(shè)計(jì)熱載荷為0.3～2.5W，熱傳輸距離大于10cm，關(guān)閉熱阻大于1000K/W，傳熱熱阻小于1K/W。長(zhǎng)距離傳輸?shù)男⌒突疌LHP采用氖為工質(zhì)，工作在30～35 K溫度范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)熱載荷為0.1～1.0W，熱傳輸距離大于250cm。Triem T.Hoang等［4-5］研制了一套氫工質(zhì)深冷環(huán)路熱管，對(duì)副蒸發(fā)器施加2.5W功率25 min后主蒸發(fā)器和主儲(chǔ)液器的溫度降低到氫的臨界溫度32K以下，對(duì)主蒸發(fā)器施加5W的功率回路可以穩(wěn)定地運(yùn)行。國(guó)內(nèi)對(duì)深冷環(huán)路熱管的研究起步較國(guó)外晚。2005年中科院理化所莫青等［6］設(shè)計(jì)了一套單回路深冷環(huán)路熱管的原理樣機(jī)，氮為工質(zhì)，工作溫度范圍為90～126K，液氮為冷源，最大傳熱量11W。周順濤等［7］研制了一套雙回路的深冷環(huán)路熱管的原理樣機(jī)，熱傳輸距離大于1m，氮為工質(zhì)，副蒸發(fā)器施加5W功率時(shí)回路的最大傳熱量30W，具有一定的反重力能力。Yanan Zhao［8］研制了一套氮工質(zhì)深冷環(huán)路熱管，充裝壓力3.2MPa，熱傳輸距離0.48m，采用液氮為熱沉，為減少寄生漏熱，試驗(yàn)系統(tǒng)真空環(huán)境的溫度為170K，工作在80K時(shí)傳熱能力41W。

從國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)外已成功研制出小型化的深冷環(huán)路熱管工程樣機(jī)，并且基于紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件深低溫?zé)峥匦枨箝_(kāi)展了在軌飛行驗(yàn)證，國(guó)內(nèi)仍然處在工程樣機(jī)研制階段，尚未針對(duì)在軌應(yīng)用開(kāi)展深冷環(huán)路熱管與脈沖管制冷機(jī)集成系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。本文正是基于在軌應(yīng)用需求，開(kāi)展了脈沖管制冷機(jī)和深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)傳熱特性的試驗(yàn)研究，可為依靠紅外探測(cè)器進(jìn)行目標(biāo)成像衛(wèi)星的光學(xué)敏感元件深低溫?zé)峥匦枨筇峁┘夹g(shù)支撐。

2　試驗(yàn)件及試驗(yàn)系統(tǒng)介紹

圖1為本文研制的兩套脈沖管制冷機(jī)與深冷環(huán)路熱管耦合的熱傳輸回路集成系統(tǒng)。深冷環(huán)路熱管主冷凝器和副冷凝器通過(guò)真空銀釬焊與冷凝柱體連接，冷凝柱體材料為紫銅，深冷環(huán)路熱管熱傳輸距離0.6m，工質(zhì)為氮，工作溫度范圍為80～100K。脈沖管制冷機(jī)工作在80K時(shí)最大制冷量為5W。深冷環(huán)路熱管通過(guò)薄圓筒冷凝柱與脈沖管制冷機(jī)冷指通過(guò)釬焊耦合，減小兩者間的接觸熱阻。兩套深冷環(huán)路熱管的主蒸發(fā)器通過(guò)鞍座耦合，銅鞍座與紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件耦合，鞍座材質(zhì)為紫銅，主蒸發(fā)器與鞍座間通過(guò)釬焊連接減小接觸熱阻，如圖2所示。聚酰亞胺薄膜電加熱器通過(guò)硅橡膠粘貼在銅鞍座上，模擬紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件的熱耗。兩套深冷環(huán)路熱管副蒸發(fā)器上通過(guò)硅橡膠粘貼聚酰亞胺薄膜電加熱器作為輔助載荷。通過(guò)3臺(tái)直流穩(wěn)壓電源向聚酰亞胺薄膜電加熱器提供電功率。集成系統(tǒng)共布置12個(gè)鉑電阻傳感器，每套氮工質(zhì)深冷環(huán)路熱管布置6個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，其中測(cè)點(diǎn)T1～T6布置在1#回路的冷凝柱體、副儲(chǔ)液器、副蒸發(fā)器、主儲(chǔ)液器、主蒸發(fā)器、銅鞍座上，測(cè)點(diǎn)T7～T12布置在2#回路的冷凝柱體（熱沉）、副儲(chǔ)液器、副蒸發(fā)器、主儲(chǔ)液器、主蒸發(fā)器、銅鞍座（熱源）上。測(cè)點(diǎn)TC6、TC12的粘貼位置見(jiàn)圖2，通過(guò)溫度采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)。采用雙面鍍鋁薄膜和滌綸網(wǎng)制作的15單元多層隔熱組件包覆在深冷環(huán)路熱管的管路上減小寄生漏熱。試驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示，由真空模擬室、抽真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)，溫度采集系統(tǒng)及工質(zhì)充裝系統(tǒng)等組成。

圖1　脈沖管制冷機(jī)與深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)Fig.1　Schematic of the integrated system of pulse tube coolers and cryogenic loop heat pipes

圖2　銅鞍座三維結(jié)構(gòu)Fig.2　Three-dimensional model of copper saddle

圖3　試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)Fig.3　Experimental setup

3　集成系統(tǒng)傳熱特性試驗(yàn)研究

脈沖管制冷機(jī)和氮工質(zhì)深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)傳熱特性的試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容包括:單脈沖管制冷機(jī)和單氮工質(zhì)深冷環(huán)路熱管系統(tǒng)（單回路）的超臨界啟動(dòng)特性、傳熱能力、漏熱量及振動(dòng)隔離特性及雙脈沖管制冷機(jī)和雙氮工質(zhì)深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)工作模式。

3.1單回路集成系統(tǒng)傳熱性能測(cè)試

圖4為單脈沖管制冷機(jī)與單深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)的超臨界啟動(dòng)過(guò)程。初始0時(shí)刻啟動(dòng)脈沖管制冷機(jī)，此時(shí)，熱沉、副儲(chǔ)液器和副蒸發(fā)器溫度迅速下降，主儲(chǔ)液器、主蒸發(fā)器及熱源溫度緩慢降低。30min后副蒸發(fā)器和副儲(chǔ)液器的溫度降低到氮的臨界溫度以下，開(kāi)始冷凝為液體。58min時(shí)副蒸發(fā)器中充滿液體，對(duì)副蒸發(fā)器施加1.5W的功率，副回路啟動(dòng)運(yùn)行，推動(dòng)冷凝器中的液態(tài)工質(zhì)沿主液體管路向主蒸發(fā)器和主儲(chǔ)液器中流動(dòng)，主儲(chǔ)液器、主蒸發(fā)器及熱源溫度開(kāi)始迅速降低。208min時(shí)主蒸發(fā)器和主儲(chǔ)液器中充滿液體，將副蒸發(fā)器的功率減小為0.5W，同時(shí)對(duì)熱源施加2.5W的功率，主回路啟動(dòng)且穩(wěn)定運(yùn)行，深冷環(huán)路熱管實(shí)現(xiàn)超臨界啟動(dòng)。

圖4　集成系統(tǒng)超臨界啟動(dòng)過(guò)程（1#回路）Fig.4　Supercritical startup of integrated system of Loop 1#

圖5、圖6分別為兩套脈沖管制冷機(jī)與深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行過(guò)程中溫度隨時(shí)間的變化曲線。從圖5中看出對(duì)1#回路的副蒸發(fā)器施加0.5W的功率，熱源施加4W功率回路可以穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)熱源施加5W功率，熱源、主蒸發(fā)器及主儲(chǔ)液器溫度迅速上升，回路失效，其極限傳熱能力為4W。從圖6中看出對(duì)2#回路副蒸發(fā)器施加0.5W的功率，熱源施加3 W功率回路可以穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)熱源施加4W功率，熱源、主蒸發(fā)器及主儲(chǔ)液器溫度迅速上升，回路失效，其極限傳熱能力為3W。

圖5　傳熱能力測(cè)試（1#回路）Fig.5　Heat transport capability of Loop 1#

圖6　傳熱能力測(cè)試（2#回路）Fig.6　Heat transport capability of Loop 2#

對(duì)于1#回路，當(dāng)主蒸發(fā)器傳遞熱量為4W時(shí)，銅鞍座測(cè)點(diǎn)6#和12#的溫度值分別為89.6 K和85.6K，冷凝柱體測(cè)點(diǎn)1#的溫度值為82.1K，其傳熱熱阻（銅鞍座與冷凝柱體溫度的差值除以主蒸發(fā)器傳遞熱量）為1.38K/W；對(duì)于2#回路，當(dāng)主蒸發(fā)器傳遞的熱量為3W時(shí)，銅鞍座上測(cè)點(diǎn)6#和12#的溫度值分別為92.3K和87.9K，冷凝柱體7#的溫度值為85.6K，其傳熱熱阻1.50K/W。1#回路工作、2#回路冷備份時(shí)，2#回路冷凝器溫度為298K，銅鞍座溫度小于95K，保守取95K，冷凝器和蒸發(fā)器間漏熱量約0.05W，熱阻4060K/W，表明深冷環(huán)路熱管柔性管路具有良好的熱隔離特性。

3.2單回路集成系統(tǒng)振動(dòng)隔離特性測(cè)試

將脈沖管制冷機(jī)和深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)放置在振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)上，如圖7所示。在脈沖管制冷機(jī)的壓縮機(jī)、冷指及深冷環(huán)路熱管的主蒸發(fā)器上布置加速度感應(yīng)器，3個(gè)測(cè)點(diǎn)加速度峰值如圖8所示，從圖8中可知經(jīng)過(guò)深冷環(huán)路熱管的柔性細(xì)長(zhǎng)管路，脈沖管制冷機(jī)的機(jī)械振動(dòng)被有效地隔離。

圖7　深冷環(huán)路熱管振動(dòng)隔離測(cè)試Fig.7　Vibration-isolating test

圖8　深冷環(huán)路熱管振動(dòng)隔離測(cè)試結(jié)果Fig.8　Result of vibration-isolation test

3.3集成系統(tǒng)工作模式

針對(duì)雙脈沖管制冷機(jī)和雙深冷環(huán)路熱管的集成系統(tǒng)，對(duì)其工作模式進(jìn)行試驗(yàn)研究，包括:正常工作模式（1套回路正常工作、另一套回路冷備份）、無(wú)縫切換運(yùn)行模式（1#回路穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中2#回路超臨界啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)2#回路穩(wěn)定運(yùn)行后，關(guān)閉1#回路，2#回路可以維持穩(wěn)定運(yùn)行）、故障切換運(yùn)行模式（1#回路在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，停止運(yùn)行，一段時(shí)間后2#回路啟動(dòng)且穩(wěn)定運(yùn)行）及共同工作模式（兩套回路共同啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行）。

集成系統(tǒng)的正常運(yùn)行模式如圖5、6所示，兩套熱傳輸回路均能夠單獨(dú)的超臨界啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行。集成系統(tǒng)的無(wú)縫切換運(yùn)行模式如圖9、10所示。1#回路副蒸發(fā)器施加0.5W功率，熱源施加2.5W功率回路可以穩(wěn)定運(yùn)行；317min時(shí)2#回路脈沖管制冷機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，342min時(shí)2#回路副蒸發(fā)器中充滿液體，對(duì)副蒸發(fā)器施加0.5W功率，2#回路開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行；352min時(shí)關(guān)閉1#回路的脈沖管制冷機(jī)和停止對(duì)副蒸發(fā)器加熱，1#回路的副蒸發(fā)器、副儲(chǔ)液器溫度迅速升高，回路停止運(yùn)行，2#回路可以穩(wěn)定運(yùn)行，集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換運(yùn)行模式。

圖9　集成系統(tǒng)無(wú)縫切換運(yùn)行模式（1#回路）Fig.9　Normal switch operation mode of Loop 1

圖10　集成系統(tǒng)無(wú)縫切換運(yùn)行模式（2#回路）Fig.10　Normal switch operation mode of Loop 2

圖11、12為集成系統(tǒng)故障切換運(yùn)行模式。1#回路運(yùn)行過(guò)程中于252min時(shí)關(guān)閉脈沖管制冷機(jī)和停止對(duì)副蒸發(fā)器、熱源加熱，主蒸發(fā)器、副蒸發(fā)器溫度升高，1#回路停止運(yùn)行。275min時(shí)啟動(dòng)2#回路的脈沖管制冷機(jī)，2#回路副蒸發(fā)器、副儲(chǔ)液器溫度開(kāi)始迅速下降，320min時(shí)2#回路的副蒸發(fā)器中充滿液體，對(duì)其施加1.5 W功率啟動(dòng)2#回路的副回路運(yùn)行，主蒸發(fā)器和主儲(chǔ)液器溫度開(kāi)始降低，377min時(shí)將副蒸發(fā)器功率減小為1W，對(duì)熱源施加2 W功率，2#回路可以穩(wěn)定運(yùn)行，集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障切換運(yùn)行模式。

圖11　集成系統(tǒng)故障切換運(yùn)行模式（1#回路）Fig.11　Failover switch operation mode of Loop 1

圖12　集成系統(tǒng)故障切換運(yùn)行模式（2#回路）Fig.12　Failover switch operation mode of Loop 2

圖13、14為集成系統(tǒng)共同運(yùn)行模式。0min時(shí)同時(shí)啟動(dòng)兩套回路的脈沖管制冷機(jī)，兩套回路的副蒸發(fā)器和副儲(chǔ)液器溫度同時(shí)迅速降低，56min時(shí)兩套回路的副蒸發(fā)器充滿液體，對(duì)兩套回路的副蒸發(fā)器分別施加1.5W功率，啟動(dòng)副回路運(yùn)行，主蒸發(fā)器、主儲(chǔ)液器溫度開(kāi)始迅速降低，106min時(shí)將副蒸發(fā)器功率調(diào)整為1W，118min時(shí)主蒸發(fā)器中充滿液體，對(duì)熱源施加2.5W功率，兩套回路均可以穩(wěn)定地運(yùn)行，集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共同運(yùn)行模式。

圖13　集成系統(tǒng)共同工作模式（1#回路）Fig.13　Cooperation mode of Loop 1

圖14　集成系統(tǒng)共同工作模式（2#回路）Fig.14　Cooperation mode of Loop 2

4　結(jié)論

本文對(duì)脈沖管制冷機(jī)與深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)的傳熱特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明:

（1）以脈沖管制冷機(jī)為熱沉?xí)r，副蒸發(fā)器施加0.5W功率主蒸發(fā)器的極限傳熱能力為3W，CLHP可以在脈沖管制冷機(jī)和紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件間進(jìn)行高熱的熱量收集和傳輸，可滿足紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件熱耗不超過(guò)2W、溫度低于120K的工作需求。

（2）深冷環(huán)路熱管柔性細(xì)長(zhǎng)的管路，可以有效地隔離脈沖管制冷機(jī)的機(jī)械振動(dòng)對(duì)紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件成像的影響，同時(shí)隔離脈沖管制冷機(jī)停止工作時(shí)，會(huì)向紅外探測(cè)器光學(xué)敏感元件漏熱。

（3）集成系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行、無(wú)縫切換運(yùn)行、故障切換運(yùn)行及共同運(yùn)行等多種工作模式，通過(guò)脈沖管制冷機(jī)布置備份，以及備份與主份間的切換運(yùn)行，可以顯著提高紅外探測(cè)器的壽命和可靠性。

（References）

［1］Dave Glaister.Potential solutions for a cryogenic thermal link across a two axis gimbal for optics cooling，AIAA-98-5205［R］.Washington D.C.:AIAA，1998

［2］James Yun，Ed Kroliczek，Larry Crawford.Development of a cryogenic loop heat pipe（CLHP）for passive optical bench cooling applications，SAE 2002-01-2507［C］// 32ndInternational Conference on Environmental Systems.Warrendale:Society of Automotive Engineers，2002

［3］D Bugby，B Marland，C Stouffer，et al.Across-gimbal and miniaturized cryogenic loop heat pipes［C］//Space Technology and Applications International Forum.Albuquerque:STAIF，2003:218-226

［4］Triem T Hoang，Tamara A，O Connell，et al.Development of a flexible advanced loop heat pipes for acrossgimbal cryocooling［C］//Proceedings of SPIE Cryogenic Optical Systems and Instruments X.Bellingham:SPIE，2003:68-76

［5］Triem T Hoang，Tamara A，O Connell，et al.Design optimization of a hydrogen advanced loop heat pipe for space-based ir sensor and detector cryocooling［C］// Proceedings of SPIE Cryogenic Optical Systems and Instruments X.Belling ham:SPIE，2003:86-96

［6］莫青，蔡京輝，梁驚濤.液氮溫區(qū)低溫回路熱管的實(shí)驗(yàn)研究［J］.真空與低溫，2005，11（3）:162-169 Mo Qing，Cai Jinghui，Liang Jingtao.Experimental study of a cryogenic loop heat pipe at the temperature of liquid nitrogen［J］.Vacuum and Cryogenics，2005，11 （3）:162-169（in Chinese）

［7］周順濤.深冷環(huán)路熱管超臨界啟動(dòng)及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性研究［D］.北京:中國(guó)空間技術(shù)研究院，2010 Zhou Shuntao.The study on the characteristic of the supercritical startup and stable operation of a cryogenic loop heat pipe［D］.Beijing:CAST，2010（in Chinese）

［8］Yanan Zhao，Tao Yan，Jingtao Liang.Experimental study on a cryogenic loop heat pipe capacity［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，2011（54）: 3304-3308

（編輯：張小琳）

Investigation on Thermal Characteristic of Integrated System of Pulse Tube Coolers with Cryogenic Loop Heat Pipes

WANG Lu MIAO Jianyin ZHANG Hongxing
（Beijing Key Laboratory of Space Thermal Control Technology，Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094，China）

Based on the cryogenic thermal control requirement of infrared optical sensors of space detector，heat transfer performance of an integrated system of pulse tube coolers with cryogenic loop heat pipes has been investigated.The supercritical startup，heat transport capability，heat leakage and vibration isolation of a single loop have been investigated.The normal operation mode，normal switch operation mode，failover switch operation mode and cooperation mode of a double loops have been investigated.The results reveal that the integrated system can meet the requirement for cryogenic thermal control of the future space infrared detector.

cryogenic loop heat pipe；heat transfer performance；supercritical startup

V476.2

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2016.03.010

2016-04-27；

2016-05-16

國(guó)家自然科學(xué)基金（51406009）

王錄，男，工程師，研究方向?yàn)楹教炱鳠峥刂啤上嗔鲃?dòng)及傳熱技術(shù)。Email：wanglulkdd@163.com。