CC BY
86Решетневскуе чтения. 2018
УДК 629.78
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА В КОНСТРУКЦИИ ХОЛОДИЛЬНИКА-ИЗЛУЧАТЕЛЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
А. П. Белоглазов1*, А. Г. Еремин,1 М. А. Ладыко2
:ООО «Ниагара» Российская Федерация, 119049, г. Москва, ул. Донская, 6/2 ^Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) Российская Федерация, 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, 4 E-mail: niagara-mos@inbox.ru
Цель работы - исследование возможности использования углеродного материала в конструкции теплоот-водящих панелей холодильника-излучателя космического аппарата. Рассмотрен вариант использования процесса пайки для обеспечения теплового контакта между теплопроводным углеродным полотном и нержавеющей сталью.
Ключевые слова: углеродное полотно, нержавеющая сталь, холодильник-излучатель, космический аппарат.
POSSIBILITY RESEARCH OF USING CARBON MATERIAL IN THE DESIGN OF SPACECRAFT RADIATOR
A. P. Beloglazov1*, A. G. Eremin1, M. A. Ladyko2
1OOO "Niagara" 6/2, Donskaya Str., Moscow, 119049, Russian Federation 2Moscow Aviation Institute (National Research University) 4, Volokolamskoe shosse, Moscow, 125993, Russian Federation *E-mail: niagara-mos@inbox.ru
The work purpose - possibility research of using carbon material in the design of radiator heat transfer panels of spacecraft. The variant of using the soldering process to ensure thermal contact between the heat-conducting carbon weave and stainless steel is considered.
Keywords: carbon weave, stainless steel, radiator, spacecraft.
Неотъемлемой частью космического аппарата является, так называемый, холодильник-излучатель, обеспечивающий отвод тепла от функционирующих на спутнике приборов, либо отвод непреобразованно-го тепла в случае наличия на космическом аппарате энергетической установки [1]. В конструктивном плане он представляет собой излучающую поверхность, выполненную в зависимости от температуры из алюминия, бериллия или меди. Выбор этих материалов обусловлен их хорошей теплопроводностью, обеспечивающей снижение числа подводящих к ним тепловую энергию элементов, в качестве которых могут выступать проточные трубки с теплоносителем, либо тепловые трубы.
Излучающие площади холодильников-излучателей могут достигать сотен квадратных метров, что ставит актуальным вопрос снижения их массы. Широкое применение композиционных материалов в космической технике мотивировало работу по изучению возможности замены металлических излучающих поверхностей на углеродный композиционный материал [2].
Одним из основных вопросов, стоящих при реализации этой идеи, состоял в обеспечении контакта ме-
жду углеродным полотном и трубкой, выполненной, как правило, из нержавеющей стали. Контакт должен обеспечивать надежную механическую связь между трубкой и углеродным материалом во всем рабочем диапазоне температур и обладать минимальным термическим сопротивлением [3]. Решение этой задачи может быть реализовано путем применения в качестве материала излучающей поверхности - теплопроводного углеродного полотна и пайки его к нержавеющей трубке.
Исследования этих вопросов проводилось в несколько этапов. Первоначально изучалась возможность припайки углеродного волокна к нержавеющей пластине. Положительный результат позволил перейти к пайке углеродного волокна к трубкам. В результате был изготовлен макет элемента холодильника-излучателя, состоящий из трех трубок, припаянных к углеродному полотну (см. рисунок).
Следующий этап состоял в пайке труб к теплопроводному и, соответственно, высокомодульному углеродному волокну. В процессе этих работ выяснилась практическая невозможность такого полотна огибать трубку диаметром 20 мм для обеспечения большего контакта.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Углеродное полотно, припаянное к трубкам из нержавеющей стали
Технологическими приемами была достигнута необходимая прочность соединения высокомодульного углеродного волокна с трубкой из нержавеющей стали. Прочность соединения была подтверждена вибрационными испытаниями. Разработанная технология позволила далее изготовить макет элемента холодильника-излучателя. В настоящее время проводятся работы по изучению температурного поля этого макета.
В процессе работ по изготовлению макета элемента холодильника-излучателя из высокомодульного теплопроводного материала выявлен ряд технологических сложностей, которые могут возникнуть при изготовлении полномасштабных макетов холодильника-излучателя, которые требуют дополнительных исследований. Однако положительный эффект, достигаемый от внедрения углеродного теплопроводного материала в конструкцию холодильника-излучателя космического аппарата, делает необходимым продолжения этих работ в полном объеме.
Библиографические ссылки
1. Романов А. В. Системы обеспечения тепловых режимов герметичных отсеков и ядерных энергетических установок космических аппаратов : учебник. СПб. : ФГУП «КБ «Арсенал» им. М. В. Фрунзе», Балт. гос. техн. ун-т «Военмех» им. Д. Ф. Устинова, СПб. : отд-ние Акад. космонавтики РФ им. К. Э. Циолковского, 2014. 248 с.
2. Андреев П. В., Еремин А. Г., Федоров М. Ю. Применение композиционных и керамических материалов в силовых элементах конструкции космических ядерных энергоустановок // Вестник МАИ. 2012. Т. 19, № 2. С. 106-111.
3. Tomboulian, Briana N. Lightweight, High-Temperature Radiator for In-Space Nuclear-Electric Power and Propulsion (2014). Doctoral Dissertation. May 2014. 247.
References
1. Romanov A. V. Sistemy obespecheniya teplovykh rezhimov germetichnykh otsekov i yadernykh ener-geticheskikh ustanovok kosmicheskikh apparatov [Systems of ensuring the thermal regime of the sealed compartments and the nuclear power plants of spacecraft]. St. Petersburg, 2014, 248 p.
2. Andreev P. V., Eremin A. G., Fedorov M. Yu. [The use of composite and ceramic materials for constructing of high-load elements of nuclear space power systems]. Vestnik MAI. 2012, Vol. 19, No. 2, P. 106-111 (In Russ.)
3. Tomboulian, Briana N. Lightweight, High-Temperature Radiator for In-Space Nuclear-Electric Power and Propulsion (2014). Doctoral Dissertation. May 2014. 247.
© Белоглазов А. П., Еремин А. Г., Ладыко М. А., 2018
