羅鵬程，齊龍

（重慶四達(dá)試驗(yàn)設(shè)備有限公司 重慶 401122）

引言

高低溫低氣壓試驗(yàn)箱是一種模擬高海拔地區(qū)的壓力、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)的試驗(yàn)設(shè)備。在航空、航天、軍工領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。但是目前生產(chǎn)制造的高低溫低氣壓環(huán)境設(shè)備，都普遍存在溫度均勻性和其它各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)偏差很大，很難得到較為準(zhǔn)確、理想的試驗(yàn)結(jié)果。如何有效解決這難點(diǎn)?我們通過大量的試驗(yàn)和探索，摸索出解決在高低溫低氣壓試驗(yàn)設(shè)備在試驗(yàn)中溫度均勻性和技術(shù)指標(biāo)參數(shù)差的的有效辦法。

1 對現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)加工的低氣壓設(shè)備分析

在實(shí)際生產(chǎn)加工高低溫低氣壓試驗(yàn)設(shè)備的工作中，由于承壓體要承受足夠的壓力，不論是以內(nèi)承壓或外承壓方式加工的承壓體，都存在著承壓體負(fù)荷(載)大、溫度傳導(dǎo)慢的特點(diǎn)。我們現(xiàn)在以內(nèi)承壓方式為例來說明，如圖1所示。一般情況下，內(nèi)承壓的承壓體都是采用δ4～5mm的鋼板加工。而承壓加強(qiáng)筋卻根據(jù)試驗(yàn)要求的大小來選用型鋼焊接。這樣就增加了承壓體組件的重量。也增大了制冷壓縮機(jī)的負(fù)荷。同時(shí)由于在真空或低氣壓狀況，已經(jīng)無法用空氣的對流來實(shí)現(xiàn)溫度的均勻性了。只能通過加熱的傳導(dǎo)來傳遞熱量。這樣就造成了雖然能承受足夠的壓力，卻有溫度傳導(dǎo)慢，均勻性差，設(shè)備的功耗大的缺陷。

2 高低溫低氣壓試驗(yàn)設(shè)備改進(jìn)的辦法

我們根據(jù)在真空(或低氣壓)工作區(qū)屬于等壓區(qū)的特點(diǎn)，將真空的熱層技術(shù)運(yùn)用到高低溫低氣壓試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)中。我們在等壓區(qū)內(nèi)增加固定一個(gè)用薄金屬板材加工的多面輻射體(參見圖2)。輻射體采用δ0.6～0.8的不銹鋼加工。在輻射體四周均布制冷盤管和加熱板。制冷盤管和加熱板必須緊密貼合、固定在輻射體表面。在輻射體的每個(gè)面，設(shè)置一組獨(dú)立的制冷盤管，制冷盤管采用薄壁黃銅管加工，并用薄銅板加工成卡箍，加以固定，最后與制冷系統(tǒng)聯(lián)接，加熱板則通過接線柱或航空插隊(duì)座與控制系統(tǒng)聯(lián)接，這樣達(dá)到增大輻射體的制冷或加熱的傳導(dǎo)面積的作用。同時(shí)將輻射體的內(nèi)表面用航空黑漆噴涂成黑色，增大了輻射區(qū)域，充分運(yùn)用了已輻射體為載體，達(dá)到輔助制冷和加熱(或預(yù)冷和預(yù)熱)的目的（參見圖3）。通過用這種方式，我們制作加工了多臺高低溫低氣壓和高低溫濕熱試驗(yàn)設(shè)備，并經(jīng)過多試驗(yàn)和檢測，得到了理想的試驗(yàn)指標(biāo)參數(shù)，完全滿足(或優(yōu)于)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，徹底克服的在真空或低氣壓設(shè)備技術(shù)指標(biāo)參數(shù)差的難點(diǎn)。

3 生產(chǎn)案例

以某公司生產(chǎn)的熱真空壽命試驗(yàn)系統(tǒng)為例：

圖1

技術(shù)指標(biāo)要求：極限真空度為1.0×10-4Pa，溫度范圍為-70℃～120℃；同時(shí)要求溫度均勻度為：±2℃。

在1.0×10-4Pa的真空環(huán)境中，空氣已十分的稀薄，甚至以常規(guī)的真空泵都無法達(dá)到該真空度，需要采用分子泵才能達(dá)到。在此環(huán)境下，熱量的傳遞主要以熱輻射的形式傳遞。

由公式： Prad=σ εAT4可知，輻射功率跟物體本身的溫度、輻射面積、以及吸收率有關(guān)。

圖2

圖3

式中：

Prad為輻射功率；σ為玻爾茲曼常數(shù)σ=5.6704×10-8；ε為物體吸收率；T為物體溫度。

在實(shí)際工程運(yùn)用中，溫度、輻射面積、吸收率（黑度）均可采取一定的方式進(jìn)行控制或增強(qiáng)。在系統(tǒng)中，便有充分的體現(xiàn)（如圖4所示）。

由環(huán)形熱沉、后熱沉、大門熱沉組成一個(gè)圓柱形的輻射換熱空間。由于在相同的體積下，圓柱形具有較六面體更大的表面積，采取這樣的結(jié)構(gòu)可增加輻射面積，進(jìn)而提高輻射功率。與此同時(shí)，在輻射空間內(nèi)部刷航空黑漆以提高熱沉表面黑度。

圖5為環(huán)形熱沉結(jié)構(gòu)示意圖。以環(huán)形熱沉為例，熱沉控溫管路分別由機(jī)械制冷管路、油加熱管路、液氮制冷管路組成。分別滿足系統(tǒng)：降溫、升溫以及急速降溫不同工況的要求。管內(nèi)的介質(zhì)，在工作時(shí)循環(huán)流動(dòng)，并由換熱裝置補(bǔ)充（消耗）介質(zhì)損失（吸收）的熱能。當(dāng)介質(zhì)流速足夠快時(shí)，可最大限度的減小介質(zhì)延管程的溫度梯度從而保證溫度均勻度。

圖4

圖5

在該產(chǎn)品的實(shí)際使用中，取得了良好的成果。各技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于要求，并具有良好的穩(wěn)定性與可靠性。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)代社會(huì)的科學(xué)技術(shù)研發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)制造中，環(huán)境模擬試驗(yàn)扮演著重要的角色。隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備越來越受到人們的重視。

通過對目標(biāo)產(chǎn)品工作環(huán)境的模擬可以有效的驗(yàn)證其運(yùn)行的可靠性，為設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供有效的數(shù)據(jù)支持并有效的縮短研發(fā)周期，節(jié)約設(shè)計(jì)成本。而在環(huán)境模擬試驗(yàn)中，各環(huán)境參數(shù)的控制測量精度，直接影響著試驗(yàn)結(jié)果的有效性?；诖朔矫娴目紤]，便有了文中對于熱沉在低氣壓溫度試驗(yàn)中應(yīng)用問題的探討。

[1] 達(dá)道安. 真空設(shè)計(jì)手冊(第3版)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2004.

[2] 陳國幫,黃永華,包銳,低溫流體熱物理性質(zhì)[M].北京：國防工業(yè)出版社, 2006.