Двухфазная система терморегулирования космического аппарата с активной циркуляцией теплоносителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскуе чтения. 2018

УДК 53.06

ДВУХФАЗНАЯ СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С АКТИВНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Н. А. Тестоедов, Е. В. Кривов

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Е-шаП: [email protected]

Предложенная система терморегулирования (СТР) космического аппарата (КА) с механическим насосом обеспечивает надёжную работу бортовой аппаратуры КА при условии снижения значения теплоподвода к теплоносителю.

Ключевые слова: космический аппарат, двухфазная система терморегулирования.

THE TWO-PHASE THERMAL CONTROL SYSTEM OF THE SPACECRAFT WITH CIRCULATION OF HEAT CARRIER

N. A. Testoedov, E. V. Krivov,

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation Е-mail: [email protected]

This paper outlines the thermal control system of a spacecraft with a mechanical pump ensures the reliable operation of on-board equipment provided reduction of the value of the heat supply to the heat carrier.

Keywords: spacecraft, a two-phase thermal control system.

Двухфазная СТР КА включает в себя контур с активной циркуляцией двухфазного теплоносителя.

Известны разработки таких СТР с механическими насосами [1; 2]. Анализ результатов наземных испытаний таких СТР показал, что они обладают недостатком: низкая надёжностью нормального функционирования на теневом участке орбиты КА, при условии снижения значения теплоподвода к теплоносителю в результате периодического изменения потребляемой электрической мощности приборов, обусловленным тем, что при переходном режиме и после в течение до получаса продолжается колебание температуры теплообменника-испарителя и, следовательно, термоста-тируемых приборов, с выходом за нижний допустимый предел изменения температуры.

Предлагаемая СТР с двухфазным теплоносителем содержит:

- аккумулятор, предназначенный для хранения, соответствующего режиму работы СТР объёма жидкой фазы теплоносителя;

- электропривод с механическим приводом, обеспечивающий по сигналам датчика температуры, установленного в теплообменнике-испарителе, изменение положения гибкой мембраны (сильфона) гидроаккумулятора (ГА), тем самым изменяя объем запаса теплоносителя в аккумуляторе;

- гидронасос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя в контуре;

- теплообменник-испаритель, где происходит кипение теплоносителя в результате подвода тепла от работающих приборов: в сеансе связи теплоноситель

на выходе теплообменника-испарителя практически полностью превращается в паровую фазу, а в переходных и дежурных режимах на выходе теплообменника-испарителя теплоноситель состоит из паровой и жидкой фаз;

- регулятор температуры пара в теплообменнике-испарителе, обеспечивающий изменение производительности гидронасоса и, следовательно, температуры пара в теплообменнике-испарителе в соответствии с изменением подводимого тепла.

В период прохождения КА теневого участка орбиты, при колебании температуры теплообменника-испарителя с выходом за нижний допустимый предел изменения температуры для обеспечения пропорциональности количества теплоносителя, подведённому теплу в теплообменнике-испарителе необходимо на вход холодильника-излучателя всегда подавать только паровую фазу теплоносителя:

- в теплообменнике-испарителе количество образующегося пара прямо пропорционально количеству подведённого тепла;

- разделитель жидкой и паровой фаз теплоносителя, например, черпаковый насос, обеспечивает, как показали результаты испытаний, гарантированное разделение фаз и подачу на вход холодильника-излучателя только паровой фазы теплоносителя

Черпаковый насос состоит из следующих основных частей: электрического привода; неподвижного корпуса; вращающегося корпуса с лопатками; отводящего жидкую фазу теплоносителя канала; отводящего паровую фазу теплоносителя канала.

Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛА, энергетическихустановок^и систем жизнеобеспечения

В холодильнике-излучателе происходит превращение пара в жидкую фазу и отвод тепла в окружающее (космическое) пространство.

Подведённое к теплообменнику-испарителю тепло передаётся циркулирующему теплоносителю, который при этом превращается в паровую фазу частично или практически полностью в зависимости от количества подведённого тепла.

Двухфазный теплоноситель далее поступает в чер-паковый насос. В черпаковом насосе двухфазный теплоноситель из его центральной части попадает на лопатки вращающегося корпуса и в результате воздействия центробежных сил теплоноситель разделяется на паровую фазу, которая сосредоточена в центральной части вращающегося корпуса, и жидкую фазу, которая сосредоточена в периферийной зоне вращающегося корпуса.

Далее пар из центральной части через специальный канал поступает к первому выходу, а жидкая фаза - ко второму выходу черпакового насоса: из первого выхода паровая фаза подаётся на вход холодильника-излучателя, где происходит превращение его в жидкую фазу теплоносителя и отдача тепла стенкам холодильника-излучателя и далее отвод этого тепла в окружающее пространство. При дальнейшем движении жидкая фаза теплоносителя, вышедшая из холодильника-излучателя, поступает в гидронасос и далее смешивается с жидкой фазой теплоносителя, вышедшей из второго выхода черпакового насоса, и жидкий теплоноситель поступает в теплообменник-испаритель.

Предложенная СТР исключает в условиях эксплуатации на теневом участке орбиты КА при переходе с сеанса связи на дежурный режим случаи выхода температуры теплообменника-испарителя за допустимые пределы, т. е. тем самым повышается

надёжность нормального функционирования СТР на теневом участке орбиты КА при переменных значениях теплоподвода к теплообменнику-испарителю [3].

Библиографические ссылки

1. Никонов А. А., Горбенко Г. А., Блинков В. Н. Теплообменные контуры с двухфазным теплоносителем для систем терморегулирования космических аппаратов. М. : Центр научно-технической информации «Поиск», 1991. 302 с.

2. Каллимоз Б. А., Эппер Р. К. Термостатическое управление двухфазными системами терморегулирования космических аппаратов // Американский журнал астрономии и астрофизики. 1986. № 1246. С. 3-6.

3. Пат. 2384491. Российская Федерация, МПК C2 B64G 1/50. Система терморегулирования космического аппарата / Кривов Е. В., Акчурин В. П., Загар О. В. и др. № 2008102573/11 ; заявл. 22.01.2008 ; опубл. 20.03.2010, Бюл. № 8.

References

1. Nikonov A. A., Grobenko G. A., Blinkov V. N. Heat exchange circuits with two-phase coolant for spacecraft thermal control systems. Center for Scientific and Technical Information "Poisk", Moscow, 1991. P. 302.

2. Cullimoze B. A., Epper R. C. Thermostatic Control of Two-Phase Spacecraft Thermal Management Systems. AJAA Pap. 1986. No. 1246. P. 3-6.

3. Patent 2384491. RF, Spacecraft thermal control system / Krivov E. V., Akchurin V. P., Zagar O. V. No. 2008102573/11 ; zayavl. 22.01.2008 ; opubl. 20.03.2010, Byul. № 8.

© Тестоедов Н. А., Кривов Е. В., 2018