吸放熱スイッチング機能を有する宇宙自律熱制御ループシステムの研究

具有吸热/散热切换功能的空间自主热控回路系统研究

• 批准号: 18860091
• 负责人: 長野 方星
• 金额: $ 1.78万
• 依托单位: Japan Aerospace Exploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18860091/
• 关键词: 宇宙工学; 熱設計; ループヒートパイプ; 自律熱制御; マルチエバポレータ; 気液二相流体ループ; 伝熱促進; 毛細管力限界

本研究の目的は,惑星探査機や月面着陸機などの次世代宇宙ミッションで想定される複雑な熱環境変動に対して,電力を用いることなくパッシブに対応できる「自律熱制御ループシステム」を提案し,「高温時の排熱」と「低温時の保温」を同時に成立させる新しい熱制御技術を確立することである。一年次は主要部となるマルチエバポレータ型ループヒートパイプならびに展開吸放熱パドルの要素研究を中心に行った。マルチエバポレータ型ループヒートパイプに関してはNASA/GSFCと共同研究を実施し,チタンウィック・アンモニア冷媒およびニッケルウィック・水冷媒からなるマルチエバポレータ型ループヒートパイプの設計ならびに流動特性評価を行った。エバポレータ形状より必要な作動流体封入量と配管容積を明らかにし,予想される毛細管力限界と飽和温度の関係から最適と判断されるリザーバ形状と配管形状を決定し製作を行った。また,毛細管力限界とその重力方向依存性について実験的に明らかにするとともに解析的な整合性評価を行った。さらに,マルチエバポレータの起動特性に関して,これまで明らかになっていなかった蒸発部内部の気液二相状態の分布の違いに伴う特性変化を実験的に明らかにした。並行して,日本においてもループヒートパイプ評価システムを新たに構築し,100W級ループヒートパイプの起動特性と重力依存性ならびにリザーバの加熱冷却による伝熱流動制御(熱コンダクタンス制御)について実験的に検証した。また,放熱部として,単結晶形状記憶合金,グラファイトシート,ポリイミドフォーム断熱材から構成され,自律的に宇宙空間への排熱量調整を行う可逆展開吸放熱パドルの要素を試作し,恒温槽ならびに宇宙環境を模擬した真空チェンバを用いて吸熱・放熱・保温特性評価を行い,優れた自己排熱調整機能を実証した。

这项研究的目的是提出一种“自主热控制回路系统”，该系统可以被动地响应下一代太空任务中预期的复杂热环境波动，例如行星航天器和月球降落车，而无需使用电力，并在高温下高温和高温下水，以同时建立一项新的热控制技术，以同时使热量保持在高温下”。”第一年的重点是研究多蒸发器环路热管的主要部分以及展开的热量吸收和耗散桨的元素。关于多蒸发器循环热管，我们与NASA/GSFC进行了联合研究，以设计和评估由钛芯，氨冷冻剂和镍芯芯水制冷剂组成的多蒸发器环路热管的流动特性。从蒸发器的形状中阐明了所需的流体封装和管道量，并且根据预期的毛细血管力极限和饱和温度之间的关系，将储层形状和管道形状判定为最佳，并进行了制造。此外，在实验上阐明了毛细管力限制及其对重力方向的依赖，并进行了分析一致性评估。此外，通过实验表明，由于蒸发剂内气体液体两相的分布的差异而引起的特征变化，但尚未透露到迄今尚未揭示。同时，日本还构建了一个新的环路热管评估系统，并通过实验验证了100W类环路热管的启动特性和重力依赖性，以及通过加热和冷却储层来控制热传递流量（热电导控制）。此外，散热段是由单个晶体形状的记忆合金，石墨片和聚酰亚胺泡沫绝缘材料制成的可逆热吸收和耗散桨的原型，自动调节热量耗散量，并使用恒温室的隔间和空间室内进行了自动调节量，并将其用于隔离室内，并将其用于隔离环境，并将其模拟环境调节。

项目成果

Start-up Behavior of a Miniature Loop Heat Pipe with Multiple Evaporators and Multiple Condensers

• DOI: 10.2514/6.2007-1213
• 发表时间: 2007-01
• 作者: H. Nagano;J. Ku

Heat Rejection/Retention Characteristics of a Re-deployable Radiator for Venus Exploration Mission

金星探索任务可重新部署散热器的排热/保留特性

• 发表时间: 2007
• 期刊: 37th International Conference on Environmental Systems 2007-01-3241
• 作者: Y.Motoyashiki;S.Hasegawa;K.Okudaira;E.Sato;Hosei Nagano;Hosei Nagano;Hosei Nagano
• 通讯作者: Hosei Nagano

Capacity Limit of a Miniature Loop Heat Pipe with Multiple Evaporators and Multiple Condensers

具有多个蒸发器和多个冷凝器的微型环路热管的容量极限

• 期刊: Journal of Themophysics and Heat Transfer (受理・印刷中)
• 作者: Y.Motoyashiki;S.Hasegawa;K.Okudaira;E.Sato;Hosei Nagano;Hosei Nagano;Hosei Nagano;Hosei Nagano;長野方星;Hosei Nagano
• 通讯作者: Hosei Nagano

可逆展開ラジエータを用いた宇宙機放熱保温制御に関する研究

可逆展开散热器航天器热辐射及保温控制研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: 熱工学コンファレンス2006講演論文集
• 作者: Y.Motoyashiki;S.Hasegawa;K.Okudaira;E.Sato;Hosei Nagano;Hosei Nagano;Hosei Nagano;Hosei Nagano;長野方星
• 通讯作者: 長野方星

Design and Fabrication of a Passive Deployable/Stowable Radiator

被动式可展开/可收起散热器的设计与制造

• 发表时间: 2006
• 期刊: Transactions Journal of Aerospace 2006-01-2038
• 作者: Y.Motoyashiki;S.Hasegawa;K.Okudaira;E.Sato;Hosei Nagano;Hosei Nagano;Hosei Nagano;Hosei Nagano
• 通讯作者: Hosei Nagano