CC BY
35
Секция
«МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНАХ И АППРАТАХ»
УДК 629.7.05
Ю. Д. Антонов, Р. Р. Ахмедшин, Д. Н. Михалев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск.
ИСПЫТАНИЯ БЛОКА КОММУТАЦИИ ПИТАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ ДЛЯ СМКА-2
Описывается технология проведения испытаний блока коммутации питания полезной нагрузки (БКП ПН) автономных и в составе космического аппарата (КА).
По заказу ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева весной 2009 г. на кафедре ЭТТ была начата разработка блока коммутации полезной нагрузки для студенческого малого космического аппарата (СМКА) «Юби-лейный-2» в соответствии с требованиями технического задания (ТЗ) на БКП ПН. Окончательное завершение этапа разработки проведено в декабре 2009.
Вся бортовая аппаратура, включая БКП ПН, должна пройти весь цикл наземных испытаний как автономных так и в составе КА. Прибор конструктивно выполнен на плате с двусторонним монтажом, установленной в металлическом корпусе. Функционально прибор выполнен из двух полукомплектов, работающих в горячем резерве. Этот прибор должен функционировать в условиях вакуума, то есть вне гермоконтейнера. Для испытания прибора БКП ПН в соответствии с требованиями ТЗ, разработана программа испытаний, включающая в себя программу наземных отработочных испытаний и программу летных испытаний. Программа наземных отработочных испытаний включает в себя: электрические испытания при воздействии помех на шинах питания, температурный прогон при нормальных условиях, при пониженных и повышенных температурах в условиях вакуума, вибрационные испытания. То есть электрические испытания проводятся в условиях максимально приближенным к реальным условиям, при которых прибор будет испытываться в лете.
В декабре 2009 г. были проведены электрические испытания блока БКП ПН на оборудовании СибГАУ. Основной принцип электрических испытаний - подача стимулирующих воздействий с контрольно проверочной аппаратуры (КПА) и определение (измерение) реакции блока на стимулирующее воздействие. Типовые испытания включали в себя контроль сопротивления изоляции цепей питания и разобщенности цепей питания. Электрические испытания включали в себя проверку исполнения блоком управляющих команд, таких как включение, выключение выходных линий нагрузки и функционирование их под эквивалентом нагрузки на разных
линиях питания, контроль функционирования исполнения этих команд - управляющих воздействий то есть телеметрических измерений внутренней температуры прибора, токов и напряжений внутри блока. Контроль проводился при работе двух полукомплектов, работающих в горячем резерве. Для проведения испытаний прибора разработано бортовое программное обеспечение. Программа была прошита на оба котроллера, имеющихся в составе электрической схемы БКП ПН. В случае отказа одного полукомплекта БКП ПН по сигналу с БЦВК через интерфейс передачи данных опрашивается исправный полукомплект и работа автоматически продолжается на другом полукомплекте. По заложенной программе проводились автономные испытания прибора с помощью управляющих команд для БКП ПН в реальном масштабе времени, а также испытания его при воздействии всех радиокоманд в ручном режиме.
Для преобразования интерфейса передачи данных из Я8-232, который используется в компьютере (бортовом центральном вычислительном комплексе -БЦВК) в Я8-485 прибора БКП ПН изготовлен переходник. Вышеизложенная методика электрических испытаний явилась одним из этапов автономных испытаний БКП ПН и подтвердила правильность принятой логической последовательности электрических испытаний их полноту с учетом проверки всех режимов работы прибора, проверки реакции на все управляющие воздействия. Функционирование прибора во всех режимах при всех управляющих воздействиях оценивалось по телеметрическим параметрам.
При проведении электрических испытаний БКП ПН доказал свою работоспособность и возможность перехода к следующему этапу испытаний - температурному прогону, то есть проведению электрических испытаний прибора при повышенной (+50 °С), пониженной (-45 °С) и нормальных условиях (НУ).
Воздействие пониженных и повышенных температур в условиях вакуума. Данный вид испытаний проводился на оборудовании ОАО «ИСС». Для проведения испытаний прибор установили на термоплиту внутри вакуумной камеры, с использованием
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
кабелей-переходников подключили питание, нагрузку и линии информационно-управляющих сигналов и телеметрических данных. Испытания длились двое суток. Первые сутки шел набор вакуума до 10-5 ПА. Во вторые сутки проводилось изменение температурных режимов, были достигнуты температуры от -50 оС до +50 оС. Все это время прибор работал в режиме последовательной коммутации питания на линии нагрузки и одновременной подаче питания на все линии по заложенной логике. Для выдачи управляющих команд на БКП ПН была написана компьютерная программа «БКП-Вакуум.ехе». В качестве имитаторов нагрузки использовались лампы накаливания мощностью 24 Вт. Целью проведения испытаний было определить, способен ли прибор сохранять свою работоспособность в жестких условиях космоса. Дело в том, что в условиях вакуума отвод тепла от элементов за счет конвекции минимальный, и элементы которые стабильно работают в воздухе, в условиях вакуума могут перегреться.
Вибрационные испытания. Целью и задачей испытаний является подтверждение прочности конструкции БКП ПН требованиям, заданным в программе испытаний. Испытания проводятся последовательно по трем взаимно перпендикулярным осям.
Испытания БКП ПН в составе КА проводятся по технологии изложенной в ТУ на электрические испытания СМКА в следующем объеме:
- проверочные включения БКП ПН, установленного на приборной раме, включенного по схеме общей бортового комплекса (СхО-1) во взаимодействии с другими системами космического аппарата;
- комплексные испытания расстыкованного СМКА с функционированием ПКП ПН во всех предусмотренных в ТУ на прибор штатных режимах, проверкой логики работы прибора в соответствии с бортовым программным обеспечением (БПО) на СМКА и проверкой его функционирования по ТМ параметрам.
- комплексные испытания состыкованного СМКА с функционированием ПКП ПН во всех предусмотренных в ТУ на прибор штатных режимах, проверкой логики работы прибора в соответствии с БПО на СМКА-2 и проверкой его функционирования по ТМ параметрам.
- температурные испытания (прогон) состыкованного СМКА с включенным БКП ПН.
- испытания на электромагнитную совместимость
- приемо-сдаточные испытания СМКА с проверкой функционирования БКП ПН во всех режимах работы.
© Антонов Ю. Д., Ахмедшин Р. Р., Михалев Д. Н., 2010
УДК621.577:621.564
М. В. Беломоина Научный руководитель - Н. Г. Измайлова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СРАВНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ РАБОЧИХ ТЕЛ
Тепловые насосы работают на различных рабочих телах. Коэффициент преобразования показывает, насколько эффективно применять тепловой насос. Рассмотрено сравнение коэффициентов преобразования для различных рабочих тел.
Коэффициент преобразования теплового насоса к показывает, какое количество тепла в кВт • ч мы получим, затратив 1 кВт • ч электрической энергии. Чем больше коэффициент преобразования, тем выгоднее применять тепловой насос. При к < 1 тепловые насосы не применяют, так как они потребляют больше тепла, чем производят. Обычно тепловые насосы применяют, когда к > 3.
Коэффициент преобразования теплового насоса без переохладителя и перегрева
к = qlLк = 1 + гЦк/Ьк, (1)
где q - удельное количество теплоты, производимое тепловым насосом; Lк - работа компрессора; г -скрытая теплота парообразования; пк - механический КПД компрессора.
Работа компрессора
Lк = cpmМt, (2)
где срт - средняя теплоемкость рабочего тела при сжатии; М - повышение температуры в компрессоре; At = 41 - 42; 41 - температура воды (воздуха), поступающей к потребителю теплоты; /в2 - температура низкопотенциального источника тепла.
Скрытую теплоту парообразования можно найти по формуле Трутона
г = 07УД, (3)
где 0 = 84...92 кДж/(кмоль-К); Т0 - температура кипения; д - молекулярная масса вещества. Подставив (2) и (3) в (1), получим
к = 1 + 0Т0Пк/(дСртЛО. (4)
