一种用于宇航高能量传输的光纤束的制作方法

本发明涉及能量传输光纤，具体为一种用于宇航高能量传输的光纤束。

背景技术：

1、太阳能是除核能以外的空间飞行器、地外天体着陆器唯一可依赖能量来源，随着空间科学、试验和应用任务的不断拓展，如：地外建造、矿物冶炼、水冰提取等作业场景，对热能直接需求不断增加，因此大力发展基于直接光热转化的太阳能利用方式尤为重要。在地面环境下，太阳能光热可覆盖低、中、高各温度段，但无一例外太阳能热利用需要流体(含颗粒流)作为传热介质实现热能传输和利用。传热流体使用，一方面将使系统复杂性更高、可靠性变低、自动化要求高，另一方面空间飞行器一般严格限制高温高压流体使用。

2、光纤是柔性的能量传输介质，其基本原理是利用光纤纤芯光学全反射现象将光保持在纤芯中并向前传输，光纤能量传输技术为解决空间飞行器高效直接利用太阳能热能提供技术解决方案。光纤如“供电线缆”可完成将太阳能汇聚能量直接传输至用能模块，从而解决传统“光-电-热”太阳能利用系统在系统复杂、能量转换效率低等问题。但传统的光纤束在使用时除了包层占有一定空间外，光纤之间的间隙(粘接胶填充)也占有光纤束的截面空间，这些空间无法传递光能，造成光纤束有效传光面积占比小，降低了光纤束的填充系数，从而降低了传输效率，端面粘接剂易烧蚀等问题，为此，我们提出一种用于宇航高能量传输的光纤束。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于宇航高能量传输的光纤束，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于宇航高能量传输的光纤束，包括外护层组件，其特征在于，所述外护层组件的两端均安装有铠装壳体组件，所述外护层组件与铠装壳体组件的内部均安装有光纤束组件，且光纤束组件与外护层组件、铠装壳体组件同轴布设。

3、进一步地，所述光纤束组件由数十至数千根单芯光纤合束而成，每根单芯光纤包括纤芯以及包覆在纤芯外表面的包层。

4、进一步地，所述单芯光纤的截面形状为正六边形，且单根光纤纤芯直径为50μm-1000μm，数值孔径为0.15-0.57。

5、进一步地，所述单芯光纤两端熔接纯石英光纤，所述光纤束组件的两端采用高温加热对多根纯石英光纤进行熔合构成熔合端，所述熔合端的表面涂覆有光学增透膜。

6、进一步地，所述外护层组件包括金属波纹管，所述金属波纹管的内部设置有电加热丝，且金属波纹管的最小弯曲半径大于光纤束组件的最小弯曲半径，金属波纹管直径相较于光纤束组件直径大5-30mm。

7、进一步地，所述铠装壳体组件包括固定连接在金属波纹管两端的外护锥套，所述外护锥套的端部外表面开设有安装螺槽，所述外护锥套的侧壁上开设有镂空槽。

8、进一步地，所述铠装壳体组件为与光纤束组件的熔合端具有等热膨胀系数的可伐金属，且铠装壳体组件内壁与光纤束组件的熔合端通过高温粘接剂进行同轴安装。

9、进一步地，所述铠装壳体组件外表面涂覆有红外波段高发射率涂层，红外波段高发射率涂层设置为金属氧化物涂层。

10、进一步地，所述金属氧化物涂层设置为氧化铝或氧化钇。

11、进一步地，所述金属波纹管与外护锥套之间通过高温粘接剂连接固定或通过焊接固定。

12、本发明至少具备以下有益效果：

13、1)本发明通过改变光纤截面形状，并使用端面热熔合合束方式，使光纤束端面的光纤紧密排列，大大提高了光纤束的填充系数及传输效率，同时光纤间不需要粘接胶粘结，避免光纤在传输大功率能量时，粘接剂吸收能量导致光纤发生烧毁，同时采用热熔合合束方式后，光纤的工作温度不受粘接胶熔点的限制，可将光纤端面工作温度从环境温度提升1000℃以上，拓宽了在光纤束在极端温度环境的适应性；

14、2)本发明通过在端部铠装壳体使用镂空设计，可有效将端部的泄露光充分扩散，减少铠装壳体对泄露光的吸收，降低了高能量传输时壳体的温度，提高光纤能量传输功率，也减小了壳体的质量；

15、3)本发明通过在光纤束外包裹一层具有辐射屏蔽和热控作用的金属外护层，使光纤束能够在强辐射和深低温的宇航环境下正常工作，外护层同时可以限制光纤束的最小弯曲半径，防止光纤束弯曲过度导致传输效率下降。

16、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种用于宇航高能量传输的光纤束，包括外护层组件(2)，其特征在于，所述外护层组件(2)的两端均安装有铠装壳体组件(3)，所述外护层组件(2)与铠装壳体组件(3)的内部均安装有光纤束组件(1)，且光纤束组件(1)与外护层组件(2)、铠装壳体组件(3)同轴布设。

2.根据权利要求1所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述光纤束组件(1)由数十至数千根单芯光纤(11)合束而成，每根单芯光纤(11)包括纤芯(111)以及包覆在纤芯(111)外表面的包层(112)。

3.根据权利要求2所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述单芯光纤(11)的截面形状为正六边形，且单根光纤纤芯(111)直径为50μm-1000μm，数值孔径为0.15-0.57。

4.根据权利要求2所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述单芯光纤(11)两端熔接纯石英光纤，所述光纤束组件(1)的两端采用高温加热对多根纯石英光纤进行熔合构成熔合端(12)，所述熔合端(12)的表面涂覆有光学增透膜(13)。

5.根据权利要求4所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述外护层组件(2)包括金属波纹管(21)，所述金属波纹管(21)的内部设置有电加热丝(22)，且金属波纹管(21)的最小弯曲半径大于光纤束组件(1)的最小弯曲半径，金属波纹管(21)直径相较于光纤束组件(1)直径大5-30mm。

6.根据权利要求5所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述铠装壳体组件(3)包括固定连接在金属波纹管(21)两端的外护锥套(32)，所述外护锥套(32)的端部外表面开设有安装螺槽(31)，所述外护锥套(32)的侧壁上开设有镂空槽(33)。

7.根据权利要求6所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述铠装壳体组件(3)为与光纤束组件(1)的熔合端(12)具有等热膨胀系数的可伐金属，且铠装壳体组件(3)内壁与光纤束组件(1)的熔合端(12)通过高温粘接剂进行同轴安装。

8.根据权利要求7所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述铠装壳体组件(3)外表面涂覆有红外波段高发射率涂层，红外波段高发射率涂层设置为金属氧化物涂层。

9.根据权利要求6所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述金属氧化物涂层设置为氧化铝或氧化钇。

10.根据权利要求9所述的一种用于宇航高能量传输的光纤束，其特征在于：所述金属波纹管(21)与外护锥套(32)之间通过高温粘接剂连接固定或通过焊接固定。

技术总结
本发明公开了一种用于宇航高能量传输的光纤束，涉及能量传输光纤技术领域。本发明包括外护层组件，所述外护层组件的两端均安装有铠装壳体组件，所述外护层组件与铠装壳体组件的内部均安装有光纤束组件，且光纤束组件与外护层组件、铠装壳体组件同轴布设。本发明通过改变光纤截面形状、光纤纤芯端部熔接纯石英光纤、面热熔合束方式，使光纤束端面的光纤紧密排列，大大提高了光纤束的填充系数及传输效率，同时光纤间不需要粘接胶粘结，避免光纤在传输大功率能量时粘接剂吸收能量导致光纤发生烧毁，可将光纤端面工作温度从环境温度提升1000℃以上，拓宽了在光纤束在极端温度环境的适应性。

技术研发人员：杨洪伦,陈书屹,谢标,裴刚,张天柱
受保护的技术使用者：深空探测实验室（天都实验室）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23