技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)及其控制方法，適用于機載、星載、艦載、車載等平臺高能激光設(shè)備散熱，屬于設(shè)備熱管理及環(huán)控領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
：

近年來，高能激光武器作為下一代新型武器得到快速發(fā)展。研究表明，高能武器將電能轉(zhuǎn)化為激光的效率僅為10％～15％，導(dǎo)致執(zhí)行任務(wù)時熱流密度高達(dá)100～800w/cm²，且間歇脈沖型工作，負(fù)荷波動極大，給散熱系統(tǒng)提出了很大的挑戰(zhàn)。此外，高能武器可能在機載、星載、艦載和車載等各種平臺工作，各種平臺下散熱條件和重力條件等環(huán)境條件差異顯著。傳統(tǒng)的高能武器散熱系統(tǒng)的都依靠外部制冷，針對于某一種平臺單獨設(shè)計，嚴(yán)重制約了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬提出一種模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)及其控制方法，可在各種冷卻條件和重力條件下可靠高效工作，當(dāng)冷卻水溫較低且高能武器負(fù)荷較小時，機組工作于動力熱管模式(微重力或過載下都可正常工作)，保障系統(tǒng)節(jié)能運行；當(dāng)冷卻水溫較高且高能武器負(fù)荷較大時，系統(tǒng)工作于蒸氣壓縮制冷模式下，保障系統(tǒng)安全可靠。同時，由于共享換熱器，該系統(tǒng)占地空間小、重量輕、控制簡便。該系統(tǒng)可在機載、星載、艦載和車載等各種平臺高效可靠工作，極大提高了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)及其控制方法。采用可調(diào)壓比和轉(zhuǎn)速的微型無油變頻壓縮機當(dāng)作動力源，且實現(xiàn)“一機兩用”：當(dāng)冷卻流體溫度較高且高能武器負(fù)荷較大時，壓縮機高速高壓運轉(zhuǎn)，節(jié)流裝置工作，運行于蒸氣壓縮制冷模式，保障散熱安全可靠；當(dāng)冷卻流體溫度較低且高能武器負(fù)荷較小時，壓縮機低速低壓運轉(zhuǎn)，節(jié)流裝置被旁通，運行于動力熱管循環(huán)模式，此時壓縮機僅驅(qū)動工質(zhì)循環(huán)，并不建立壓差，耗電量極低，保障系統(tǒng)節(jié)能運行。。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)，由高能武器艙和散熱設(shè)備艙組成；所述高能武器艙內(nèi)設(shè)置高能武器以及蒸發(fā)器，在高能武器以及蒸發(fā)器的周邊填充有相變材料；所述散熱設(shè)備艙內(nèi)設(shè)置壓縮機、冷凝器、節(jié)流支路、旁通支路、控制器、冷凝器流體進口和冷凝器流體出口；所述蒸發(fā)器通過制冷劑管路依次與壓縮機、冷凝器和節(jié)流支路連接，節(jié)流支路和旁通支路并聯(lián)設(shè)置，節(jié)流支路上設(shè)置節(jié)流裝置，旁通支路上設(shè)置旁通閥。

進一步地，所述壓縮機為壓比和轉(zhuǎn)速可調(diào)的微型無油變頻壓縮機。

進一步地，所述相變材料為直接接觸式相變材料。

進一步地，所述冷凝器的冷卻流體為水、空氣或者油。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)的控制方法，控制器采集高能武器周邊溫度后控制壓縮機、節(jié)流裝置和旁通閥，在不同的冷卻流體和高能武器負(fù)荷情況下，根據(jù)高能武器周邊溫度，該系統(tǒng)實現(xiàn)兩種工作模式：

(a)當(dāng)高能武器負(fù)荷較大或冷卻流體溫度較高，表面溫度t>a時，其中a為系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度值，控制器控制壓縮機高速、高壓比運轉(zhuǎn)，節(jié)流裝置工作，旁通閥關(guān)閉，蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和節(jié)流支路構(gòu)成蒸氣壓縮制冷循環(huán)；

(b)當(dāng)高能武器負(fù)荷較小且冷卻流體溫度較低，表面溫度t<a時，其中a為系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度值，控制器控制壓縮機低壓低速運轉(zhuǎn)，旁通閥打開，節(jié)流裝置關(guān)閉，蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和旁通支路構(gòu)成動力驅(qū)動熱管循環(huán)。

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)、當(dāng)冷卻流體溫度較高或高能武器負(fù)荷較大時，壓縮機高速運轉(zhuǎn)且節(jié)流裝置工作，滿足散熱要求，保障散熱安；當(dāng)冷卻流體溫度較低且高能武器負(fù)荷較小時，壓縮機低壓低速運轉(zhuǎn)，通過付出極小的功耗驅(qū)動工質(zhì)循環(huán)，構(gòu)建動力熱管循環(huán)，在節(jié)能基礎(chǔ)上滿足傳熱要求，且該動力熱管循環(huán)可在微重力或過載情況下可靠運行；壓縮機“一機兩用”，動力熱管模式(圖3)和蒸氣壓縮模式(圖2)共享蒸發(fā)器和冷凝器，管路設(shè)計簡潔順暢，使得系統(tǒng)重量輕、占地空間小、控制簡便。

(2)、高能武器具有間歇工作，負(fù)荷波動大的特點，通過添加相變材料，可極大地削減高能武器工作時瞬間熱負(fù)荷的沖擊，保障系統(tǒng)安全可靠。

(3)、該系統(tǒng)自帶兩種制冷模式，可在不同平臺各種冷卻環(huán)境和重力條件下高效可靠工作，外部平臺只需提供冷卻流體即可工作，極大地提高了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2為本發(fā)明模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)的蒸氣壓縮流程圖。

圖3為本發(fā)明模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)的動力熱管流程圖。

圖中：

1－高能武器艙；2－散熱設(shè)備艙；3－高能武器；4－相變材料；5－蒸發(fā)器；6－控制器；7－壓縮機；8－冷凝器；9－節(jié)流支路；10－旁通支路；11－節(jié)流裝置；12-旁通閥；13-冷凝器流體進口；14-冷凝器流體出口。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

本發(fā)明模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)由高能武器艙1和散熱設(shè)備艙2組成；高能武器艙1內(nèi)設(shè)置高能武器3以及蒸發(fā)器5，在高能武器3以及蒸發(fā)器5的周邊填充有相變材料4。散熱設(shè)備艙2內(nèi)設(shè)置壓縮機7、冷凝器8、節(jié)流支路9、旁通支路10、控制器6、冷凝器流體進口13和冷凝器流體出口14；蒸發(fā)器5通過制冷劑管路依次與壓縮機7、冷凝器8和節(jié)流支路9連接，節(jié)流支路9和旁通支路10并聯(lián)設(shè)置，節(jié)流支路9上設(shè)置節(jié)流裝置11，旁通支路10上設(shè)置旁通閥12。壓縮機7為壓比和轉(zhuǎn)速可調(diào)的微型無油變頻壓縮機；控制器6采集高能武器周邊溫度后控制壓縮機7、節(jié)流裝置11和旁通閥12，在不同的冷卻流體和高能武器3負(fù)荷情況下，根據(jù)高能武器3周邊溫度，該系統(tǒng)可實現(xiàn)兩種工作模式：

(a)當(dāng)高能武器3負(fù)荷較大或冷卻流體溫度較高，表面溫度t>a時，其中a為系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度值，控制器6控制壓縮機7高速、高壓比運轉(zhuǎn)，節(jié)流裝置11工作，旁通閥12關(guān)閉，蒸發(fā)器5、壓縮機7、冷凝器8和節(jié)流支路9構(gòu)成蒸氣壓縮制冷循環(huán)；

(b)當(dāng)高能武器3負(fù)荷較小且冷卻流體溫度較低，表面溫度t<a時，其中a為系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度值，控制器6控制壓縮機7低壓低速運轉(zhuǎn)，旁通閥12打開，節(jié)流裝置11關(guān)閉，蒸發(fā)器5、壓縮機7、冷凝器8和旁通支路10構(gòu)成動力驅(qū)動熱管循環(huán)。

上述方案中相變材料4為直接接觸式相變材料，冷凝器8的冷卻流體為水、空氣、油等流體。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種模塊化復(fù)合型高能武器散熱系統(tǒng)及其控制方法，由高能武器艙和散熱設(shè)備艙組成；高能武器艙內(nèi)設(shè)置高能武器以及蒸發(fā)器，在高能武器以及蒸發(fā)器的周邊填充有相變材料；散熱設(shè)備艙內(nèi)設(shè)置壓縮機、冷凝器、節(jié)流支路、旁通支路、控制器、冷凝器流體進口和冷凝器流體出口；蒸發(fā)器通過制冷劑管路依次與壓縮機、冷凝器和節(jié)流支路連接，節(jié)流支路和旁通支路并聯(lián)設(shè)置，節(jié)流支路上設(shè)置節(jié)流裝置，旁通支路上設(shè)置旁通閥。在不同的冷卻流體和高能武器設(shè)備負(fù)荷情況下，根據(jù)高能武器周邊溫度，該系統(tǒng)可實現(xiàn)兩種工作模式。本發(fā)明系統(tǒng)自帶兩種制冷模式，外部平臺只需提供冷卻流體即可工作，極大地提高了高能武器的靈活性、機動性和可移植性。

技術(shù)研發(fā)人員：張朋磊;張大林;陳維建;武艷
受保護的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.18
技術(shù)公布日：2017.09.12