CC BY
25УДК 338.246
КОМПОЗИЦИЯ СВЕТООПТИЧЕСКИХ СХЕМ ИМИТАТОРОВ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ УНИФИЦИРОВАННЫХ ЛАМПОВЫХ МОДУЛЕЙ
С. А. Крат\ А. А. Филатов2, М. С. Шляхтин2, В. В. Христин1
:ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, ЗАТО Железногорск, ул. Ленина, 52. E-mail: kratsv@iss-reshetnev.ru 2 ООО «Конструкторское бюро прикладной оптики»
Россия, 199034, Санкт-Петербург, 17-я линия Васильевского острова, 3. E-mail: anthonyfilatov@gmail.com
Рассматривается способ композиции светооптинеских схем на основе унифицированных ламповых модулей. На основе анализа уже существующих имитаторов солнечного излучения, требующих модернизации, а также новых перспективных имитаторов показано, что практически для всех случаев достаточно двух унифицированных типов ламповых модулей мощностью 3-5 кВт и 25 кВт. Ламповые модули 3-5 кВт востребованы главным образом для модернизации имитаторов, находящихся в эксплуатации с 1970-х годов, а также новых имитаторов с небольшими размерами пятен порядка нескольких квадратных метров. Ламповые модули 25 кВт являются незаменимой элементной базой для создания крупногабаритных имитаторов с размерами пятен в десятки квадратных метров с высокой объемной равномерностью светового потока. Предлагаемый способ композиции светооптических схем существенно удешевляет как модернизацию существующих имитаторов, так и создание новых.
Ключевые слова: имитатор солнечного излучения, ксеноновая лампа, светооптическая схема.
COMPOSITION OF SOLAR SIMULATOR LIGHT-OPTICAL DESIGNS BASED ON UNIFIED LAMP MODULES
S. A. Krat\ A. A. Filatov2, M. S. Shlyakhtin2, V. V. Hristich
information Satellite Systems named after acad. M. F. Reshetnev Russia, 662972, Zheleznogorsk, Lenina str. 52 E-mail:kratsv@iss-reshetnev.ru 2Applied Optics Design Bureau 3, 17th line Vasilevsky Island, Saint-Petersburg, 199034, Russia. E-mail: anthonyfilatov@gmail.com
An approach how to compose light-optical design of solar simulators based on unified lamp modules is presented. Analysis of solar simulators which exist already and need to be modernized as well as new solar simulators shows that two kinds of lamp modules, 5 kW and 25 kW, are quite enough for all the purposes. 5kW lamp modules are most in demand for modernization of the simulators which have been used since 1970's and for the new ones that have middle-sized light spot of several squire meters in area. 25 kW lamp modules are the best to design new large-scale solar simulators with light spot of several tens squire meters. The presented approach of light-optical design composition makes the modernization of already existing simulators as well as the constructing the new ones cheaper, faster and more effective due to deep unification of lamp modules.
Keywords: solar simulator, xenon lamp, light-optical design.
Задача дальнейшего развития экспериментальной ТВИ для имитации различных условий полета. Кроме
базы для проведения тепловакуумных испытаний того, учитывая растущий объем коммерческих косми-
космических аппаратов включает в себя как модерни- ческих аппаратов, для обеспечения их наземной отра-
зацию уже существующих установок, так и создание ботки актуальной является разработка дешевых ими-
новых. Очевидно, что при модернизации существую- таторов солнечного излучения с размерами пятен
щих установок критерием оптимальности является в несколько квадратных метров.
минимальный объем переделок оригинальной конст- Все перечисленные задачи частично могут быть
рукции, обеспечивающий технические характеристи- решены за счет унификации элементной базы, по-
ки имитатора, устанавливаемые программами испы- зволяющей не разрабатывать каждый новый имита-
таний изделий. При создании новых крупногабарит- тор «с нуля», а строить его из унифицированных
ных имитаторов (с площадью пятна в несколько де- модулей, как из «кубиков». Основным элементом
сятков квадратных метров) следует ориентироваться осветительной системы имитатора солнца является на универсальность их применения, которая может ламповый модуль, объединяющий в себе ксеноно-
быть достигнута при удовлетворении следующих тре- вую лампу, блок поджига, рефлектор, юстировочное
бований: площадь пятна 25-40 м2; плотность мощно- устройство и систему охлаждения лампы. За счет
сти до 2 солнечных постоянных в указанном пятне и унификации этого модуля можно существенно со-
до 10 солнечных постоянных в пятне меньшего раз- кратить денежные и временные затраты как на ре-
мера; высокая объемная неоднородность светового конструкцию уже существующих имитаторов, так и
потока, позволяющая поворачивать изделие в ходе на создание новых.
Контроль и испытания ракетно-космической техники
Рис. 1. Расчетная модель светооптической схемы ИС-500 со 195 светильниками СКЛ-6
Имитаторы солнечного излучения, введенные в эксплуатацию в 60-70 годах в СССР, обычно строились по проекционной схеме, когда световое поле заполнялось перекрывающимися световыми пятнами отдельных светильников светового щита (рис. 1). Такой подход обеспечивал приемлемую равномерность плотности мощности в пятне и при этом обладал огромным преимуществом, заключающимся в возможности получения светового пятна с размерами, минимально необходимыми для испытания конкретного изделия. По такой схеме построены имитаторы ИС-500, установленные в НИЦ РКП, г. Пересвет и в НПО Машиностроения, г. Реутов. Другой имитатор, построенный в СССР, был построен для эксплуатации в составе стенда тепловакуумных испытаний ТБК-120 в ОАО ИСС им. акад. М. Ф. Решетнева, изначально работал с двумя лампами мощностью 55 кВт, однако в 2009 г. был модернизирован под работу с лампами 810 кВт из-за того, что лампы 55 кВт были сняты с производства [1]. При выборе ламп источников излучения для создания унифицированных модулей следует учитывать доступность ксеноновых ламп различной мощности. Дело в том, что в диапазоне мощностей 5-10 кВт доступность ламп сильно зависит от их востребованности. Основным потребителем ламп такой мощности является рынок кинопроекционной аппаратуры [2]. В связи с массовым переходом от аналоговой кинопроекции к цифровой лампы 10 кВт уже сняты с производства и доступны только в случае ограниченных заказов по очень высокой цене. Такая же судьба ожидает лампы 8 кВт. По этой причине для создания унифицированного лампового блока средней мощности следует ориентироваться на лампы мощностью 3-5 кВт. Эти лампы применятся в наиболее ходовых кинопроекторах и останутся доступными до тех пор, пока лазерные источники не вытеснят лампы из проекторов, т. е. еще лет 10. Унифицированный ламповый модуль 3-5 кВт решает вопрос сравнительно недорогой и быстрой модернизации уже существующих имитаторов ИС-500 и ИС-60, поскольку они изначально проектировались под лампы 5 кВт с единственным различием в том, что старые лампы имели водяное охлаждение электродов, в то время как современные лампы требует лишь воздушного охлаж-
дения. Также данный модуль удобен для создания новых имитаторов с пятном в несколько квадратных метров. Так например, для создания пятна 5 м2 с одной солнечной постоянно требуется световой поток мощностью 7 кВт. С учетом КПД имитатора около 20 % суммарная мощность осветительной системы составит 25 кВт, т. е. осветительная система может быть составлена из 5 модулей по 5 кВт.
При создании крупногабаритных имитаторов солнечного излучения с пятнами в несколько десятков квадратных метров обычно требуется высокая степень объемной однородности светового потока. Ее можно обеспечить в схеме с внеосевым зеркалом и одним входным блоком (рис. 2). При этом достаточную энергетику уже могут обеспечить более мощные лампы 25-30 кВт. Например, требуется получить пятно диаметром 6 м с двумя солнечными постоянными. Требуемый световой поток равен примерно 80 кВт. При КПД имитатора 20 % мощность осветительной системы составит 400 кВт. При использовании 25 кВт ламповых модулей их общее количество составит 16 шт., вполне допускающее один оптический ввод в объем вакуумной установки. Использование же 80 ламповых модулей по 5 кВт исключает возможность одного ввода и потребует по крайней мере четырех вводов, при использовании которых объемная однородность будет хуже. Возвращаясь к вопросу доступности ламп, следует отметить, что семейство ламп с мощностями 15, 25 и 30 кВт востребовано исключительно в области теп-ловакуумных испытаний космической техники. По этой причине данным лампам не грозит снятие с производства, поскольку спрос на них не определяется конъюнктурой рынка киноиндустрии. Лампы серийно выпускаются компанией и8И10.
Рис. 2. Расчетная модель перспективного имитатора солнечного излучения с пятном 25 м2
Таким образом, два типа ламповых модулей эффективно решают вопросы модернизации существующих имитаторов Солнца, создания недорогих новых массовых имитаторов небольшого размера и создания крупногабаритных комплексов с уникальными светотехническими характеристиками.
Библиографические ссылки
1. Вшивков А. Ю., Крат С. А., Халиманович В. И., Христич В. В., Филатов А. А., Кравченко С. В., Нестеров С. Б., Романько В. А. Тепловакуумные испытания современных космических аппаратов. СПб. : Вакуумная техника и технология. Т. 21. № 3. 2011. С. 171-177.
2. Крат С. А., Филатов А. А., Христич В. В. Схема суммирования световых потоков от набора газоразрядных ламп для имитатора солнечного излучения // Оптический журнал. Т. 78 (2011). С. 66-72.
References
1. Vshivkov Yu., Krat S. A., Halimanovich V. I., Hristich V. V., Filatov A. A., Kravchenko S. V., Neste-rov S. B., Romanko V. A.. Thermovacuum tests of state-of-the-art space crafts, Vacuum Tech. Т. 21, 2011, р. 171-175.
2. Krat S. A., Filatov A. A., Hristich V. V. // J. Opt. Tech., Scheme of summation of the light beams from discharge lamps for solar simulator, Т.78. 2011, р. 66-72.
© Крат С. А., Филатов А. А., Шляхтин М. С., Христич В. В., 2013
УДК 681.533.56
ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ДРЕНАЖНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА
Д. А. Крысина, Г. М. Макарьянц, М. В. Макарьянц, А. Б. Прокофьев
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (национальный исследовательский университет) Россия, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34. E-mail: KrysinaDasha91@mail.ru
Рассматриваются вопросы экспериментального определения динамических характеристик дренажно-предохранительного клапана (ДПК), представляющего собой пневморегулятор непрямого действия.
Ключевые слова: регулятор давления газа, дренажно-предохранительный клапан, автоколебания, спектрограмма, триангуляционный датчик перемещения, пьезорезистивный датчик давления.
DYNAMIC TESTS OF DRAINING SAFETY VALVE
D. A. Krysina, G. M. Makaryants, M. V. Makaryants, A. B. Prokofiev
Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolev (National Research University) 34, Moskovskoe shosse, Samara, 443086, Russia. E-mail: KrysinaDasha91@mail.ru
This article deals with the problem of draining safety valve's dynamics experimental investigation. This valve is a pilot operated pneumatic regulator.
Keywords: gas pressure regulator, draining safety valve, self-excited oscillation, spectrogram, triangulation displacement sensor, piezoresistive pressure sensor.
Испытания партии дренажно-предохранительных клапанов (ДПК) выявили существенный недостаток части агрегатов, который проявился в повышенном шуме при срабатывании [1; 2; 3]. Это вызвало необходимость проведения экспериментальных исследований, направленных на определение величин колебаний элементов ДПК и динамики изменения регулируемых параметров системы наддува испытательной ёмкости.
Агрегат (рис. 1) предназначен для поддержания давления газовой подушки в баке с компонентом топлива.
Поддержание давления в испытательной ёмкости, имитирующей газовую подушку бака с компонентом топлива, происходит следующим образом. При давлении меньше давления настройки тарель 3 основного клапана Б (рис. 1) прижата к седлу 1 силой пружины 5 и давления в газовой пружине 6 основного клапана. Сильфон газовой пружины 6 наддувается баковым
давлением, проникающем через дроссель 4. При увеличении давления в испытательной емкости А выше настроечного сильфон 11 пилотного клапана Е сжимается, и шток-толкатель 9 перемещает тарель 11 от седла 7. Давление в газовой пружине 6 основного клапана падает, и запорный элемент открывается, стравливая давление из испытательной емкости.
Испытания проводились на стенде, условная пневмосхема которого показана на рис. 2.
В ходе проверки работоспособности партии клапанов были выявлены недостатки их функционирования.
Проведённые экспериментальные исследования позволили определить величины колебаний элементов ДПК и динамику изменения регулируемых параметров системы наддува испытательной ёмкости. Сделаны следующие выводы.
