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。

は の purpose, this study planet detection machine surface with や month by luji な ど の nextgen universe ミ ッ シ ョ ン で scenarios さ れ る complex 雑 な thermal environment - move に し seaborne て, electricity を with い る こ と な く パ ッ シ ブ に 応 seaborne で き る "self-discipline hot royal ル ー プ シ ス テ ム" を proposal し, "の when high temperature hot" と "cryogenic の insulation" を に set up at the same time さ せ る new し い hot The control technology を established する とである とである とである. One year time は main department と な る マ ル チ エ バ ポ レ ー タ type ル ー プ ヒ ー ト パ イ プ な ら び に an exothermic absorption パ ド ル を の elements research center line に っ た. Type マ ル チ エ バ ポ レ ー タ ル ー プ ヒ ー ト パ イ プ に masato し て は NASA/GSFC と joint research を be し, チ タ ン ウ ィ ッ ク · ア ン モ ニ ア refrigerant お よ び ニ ッ ケ ル ウ ィ ッ ク, water cooling medium か ら な る マ ル チ エ バ ポ レ ー タ type ル ー プ ヒ ー ト パ イ プ の design な ら び に flow characteristics evaluation 価 を line っ た. エ バ ポ レ ー タ shape よ り な actuation fluid seal in necessary quantity と piping volume を Ming ら か に し, to want to さ れ る capillary force limit と saturation temperature の masato is か ら optimum と judgment さ れ る リ ザ ー バ shape を decided し と piping production line を っ た. ま た, capillary force limit と そ の gravity direction dependence に つ い て be 験 に Ming ら か に す る と と も に parsing な integrated evaluation 価 を line っ た. さ ら に, マ ル チ エ バ ポ レ ー タ の starting characteristic に masato し て, こ れ ま で Ming ら か に な っ て い な か っ た steamed 発 department internal の 気 の liquid two phase state distribution の violations い に with う features - the を be 験 に Ming ら か に し た. Parallel し て, Japan に お い て も ル ー プ ヒ ー ト パ イ プ review 価 シ ス テ ム を new た に し, 100 w level ル ー プ ヒ ー ト パ イ プ の starting characteristic と gravity dependency な ら び に リ ザ ー バ の heating cooling に よ る 伝 heat flow suppression (hot コ ン ダ ク タ ン ス suppression) に つ い て be 験 of に 検 card し た. ま た, exothermic と し て, 単 crystal shape memory alloy, グ ラ フ ァ イ ト シ ー ト, ポ リ イ ミ ド フ ォ ー ム break hot material か ら constitute さ れ, self-discipline に space へ の line adjustment を う reversible an exothermic absorption of heat released パ ド ル し を try の elements, constant temperature trough な ら び に を space environment simulation し た vacuum チ ェ ン バ を with い て absorption of heat, heat, heat preservation Sexual evaluation: 価を, performance: 価を, excellent: れた, self-heat dissipation and adjustment function: を, practical evidence: た.

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

Experimental Investigation of a Passive Deployable/Stowable Radiator

被动式可展开/可收起散热器的实验研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit AIAA-2007-1215
• 作者: Y.Motoyashiki;S.Hasegawa;K.Okudaira;E.Sato;Hosei Nagano
• 通讯作者: Hosei Nagano

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