本發(fā)明涉及空間光電設(shè)備器件熱防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及了一種利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置及控制方法
背景技術(shù)：
1、空間站光電設(shè)備在軌運(yùn)行時(shí)間不斷延長(zhǎng)，任務(wù)復(fù)雜度日益提高，對(duì)設(shè)備的熱控系統(tǒng)要求更高。空間站光電設(shè)備在軌運(yùn)行時(shí)面臨著復(fù)雜多變的熱環(huán)境，包太陽輻射、地球反照等外部熱流與設(shè)備自身發(fā)熱共同作用，導(dǎo)致溫度波動(dòng)加劇。傳統(tǒng)被動(dòng)熱控技術(shù)如熱管和相變材料已顯現(xiàn)明顯不足：熱管在微重力下工質(zhì)分布不均，傳熱效率顯著降低；相變材料儲(chǔ)熱能力有限且無法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，難以應(yīng)對(duì)瞬態(tài)高熱負(fù)荷。這些被動(dòng)方案既不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溫控，又無法適應(yīng)設(shè)備功率的快速變化。
2、現(xiàn)有主動(dòng)冷卻系統(tǒng)同樣存在諸多缺陷。流體循環(huán)系統(tǒng)依賴機(jī)械泵，不僅功耗高，其運(yùn)動(dòng)部件在長(zhǎng)期在軌運(yùn)行中可靠性難以保證。微重力環(huán)境下冷卻工質(zhì)的流動(dòng)特性異常復(fù)雜，常出現(xiàn)氣液分離現(xiàn)象，嚴(yán)重影響散熱效率。更關(guān)鍵的是，這些系統(tǒng)多采用固定閾值的控制策略，無法根據(jù)設(shè)備實(shí)際工況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致冷卻不足或能源浪費(fèi)。
3、多熱源協(xié)同管理是當(dāng)前技術(shù)面臨的又一難題。隨著光電設(shè)備集成度提高，傳統(tǒng)散熱方案難以滿足不同部位差異化的散熱需求。局部過熱現(xiàn)象頻發(fā)，嚴(yán)重影響設(shè)備性能與壽命。雖然mems等微型化技術(shù)可減小系統(tǒng)體積，但往往以犧牲散熱能力為代價(jià)，無法從根本上解決問題。
4、現(xiàn)有熱控技術(shù)在適應(yīng)性、可靠性和能效方面均存在明顯不足。被動(dòng)方案缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力，主動(dòng)系統(tǒng)又受限于功耗、可靠性和控制精度。脈沖射流冷卻技術(shù)作為一種新型主動(dòng)熱控手段，該技術(shù)通過高速氣體射流的沖擊換熱效應(yīng)，但將脈沖射流冷卻技術(shù)應(yīng)用于空間站光電設(shè)備的動(dòng)態(tài)熱防護(hù)仍有很多問題需要解決，首先，空間站微重力環(huán)境對(duì)射流形態(tài)和換熱特性產(chǎn)生顯著影響，需要深入研究微重力下的射流動(dòng)力學(xué)行為。其次，空間站有限的資源條件對(duì)冷卻系統(tǒng)的重量、功耗提出了嚴(yán)格限制，要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須高度優(yōu)化。再者，空間站長(zhǎng)期在軌運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求極高，需要解決脈沖射流冷卻系統(tǒng)的長(zhǎng)壽命運(yùn)行問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、發(fā)明目的：本發(fā)明提供了一種利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置及控制方法，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)脈沖射流的頻率和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電設(shè)備芯片表面的精確冷卻，確保設(shè)備在不同工作狀態(tài)下的溫度穩(wěn)定。
2、技術(shù)方案：本發(fā)明提出一種利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置，包括主體，位于所述主體上的機(jī)架、位于所述機(jī)架上方的控制芯片、質(zhì)量流量管理器、儲(chǔ)液罐和電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置；所述質(zhì)量流量管理器和儲(chǔ)液罐位于所述機(jī)架側(cè)面底層，所述儲(chǔ)液罐與所述質(zhì)量流量管理器連接，所述電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置位于所述機(jī)架側(cè)面中部，所述電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置與所述質(zhì)量流量管理器連接，所述電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置外接管道至控制芯片下表面。
3、優(yōu)選地，所述質(zhì)量流量管理器上設(shè)有放氣閥。
4、優(yōu)選地，所述控制芯片包括光電設(shè)備芯片和反饋系統(tǒng)，所述反饋系統(tǒng)與所述光電設(shè)備芯片連接。
5、優(yōu)選地，所述反饋系統(tǒng)包括溫度傳感器，電控裝置和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，所述溫度傳感器位于所述光電設(shè)備芯片表面，所述溫度傳感器和電控裝置連接后受神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器控制。
6、優(yōu)選地，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
7、優(yōu)選地，所述儲(chǔ)液罐內(nèi)為液氮，儲(chǔ)液罐最大流量為2.6m3/min，壓力為0.8mpa.
8、優(yōu)選地，所述電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置額定電壓為24v。
9、一種利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置的控制方法，包括如下步驟：當(dāng)主體工作時(shí)，儲(chǔ)液罐提供液氮經(jīng)質(zhì)量流量管理器調(diào)節(jié)后進(jìn)入電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置，最后噴到控制芯片表面進(jìn)行冷卻，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光電設(shè)備芯片表面的溫度變化，電控裝置根據(jù)溫度傳感器動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)，最后持續(xù)監(jiān)測(cè)調(diào)整。
10、優(yōu)選地，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光電設(shè)備芯片表面的溫度變化具體包括以下內(nèi)容，當(dāng)溫度高于閾值時(shí)，溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸至電控裝置，電控裝置根據(jù)溫度信號(hào)調(diào)節(jié)電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置的工作狀態(tài)，增加脈沖射流的頻率和強(qiáng)度；當(dāng)主體溫度低于閾值時(shí)，電控裝置則減少電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置脈沖射流的頻率和強(qiáng)度，當(dāng)當(dāng)主體溫度穩(wěn)定時(shí)，保持電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置當(dāng)前工作狀態(tài)。
11、有益效果：本發(fā)明提供的利用脈沖射流冷卻技術(shù)對(duì)空間站光電設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)的裝置及控制方法，采用了電磁閥脈沖射流激勵(lì)結(jié)構(gòu)，通過溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化并通過電控裝置調(diào)節(jié)脈沖射流的頻率和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光電設(shè)備溫度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，還通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測(cè)芯片溫度變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)脈沖射流的頻率和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電設(shè)備芯片表面的精確冷卻。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、加工裝配簡(jiǎn)單、使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
1.一種利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置，其特征在于，包括主體(1)，位于所述主體(1)上的機(jī)架(7)、位于所述機(jī)架(7)上方的控制芯片(5)、質(zhì)量流量管理器(2)、儲(chǔ)液罐(3)和電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)；所述質(zhì)量流量管理器(2)和儲(chǔ)液罐(3)位于所述機(jī)架(7)側(cè)面底層，所述儲(chǔ)液罐(3)與所述質(zhì)量流量管理器(2)連接，所述電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)位于所述機(jī)架(7)側(cè)面中部，所述電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)與所述質(zhì)量流量管理器(2)連接，所述電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)外接管道至控制芯片(5)下表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置，其特征在于，所述質(zhì)量流量管理器(2)上設(shè)有放氣閥(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置，其特征在于，所述控制芯片(5)包括光電設(shè)備芯片和反饋系統(tǒng)，所述反饋系統(tǒng)(5)與所述光電設(shè)備芯片連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置，其特征在于，所述反饋系統(tǒng)包括溫度傳感器，電控裝置和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，所述溫度傳感器位于所述光電設(shè)備芯片表面，所述溫度傳感器和電控裝置連接后受神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)液罐(3)內(nèi)為液氮，儲(chǔ)液罐(3)最大流量為2.6m3/min，壓力為0.8mpa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置，其特征在于，所述電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)額定電壓為24v。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：當(dāng)主體(1)工作時(shí)，儲(chǔ)液罐(3)提供液氮經(jīng)質(zhì)量流量管理器(2)調(diào)節(jié)后進(jìn)入電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)，最后噴到控制芯片(5)表面進(jìn)行冷卻，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光電設(shè)備芯片表面的溫度變化，電控裝置根據(jù)溫度傳感器動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)，最后持續(xù)監(jiān)測(cè)調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置的控制方法，其特征在于，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光電設(shè)備芯片表面的溫度變化具體包括以下內(nèi)容，當(dāng)溫度高于閾值時(shí)，溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸至電控裝置，電控裝置根據(jù)溫度信號(hào)調(diào)節(jié)電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)的工作狀態(tài)，增加脈沖射流的頻率和強(qiáng)度；當(dāng)主體(1)溫度低于閾值時(shí)，電控裝置則減少電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)脈沖射流的頻率和強(qiáng)度，當(dāng)當(dāng)主體(1)溫度穩(wěn)定時(shí)，保持電磁閥脈沖射流激勵(lì)裝置(4)當(dāng)前工作狀態(tài)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的利用脈沖射流冷卻技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱防護(hù)裝置在空間站光電設(shè)備散熱中的應(yīng)用。