CC BY
22"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
(УМ), вырабатывающий управляющее решение, которое определяет эффективные значения переменных параметров. Между этими элементами существуют прямые (ПС) и обратные связи (ОС), обеспечивающие функционирование управляемой конструкции на основе притока внешней энергии.
При разработке ИК прежде всего необходимо выбрать 1111 конструкции, т. е. управляющие воздействия на нее, на основании критерия управления, который в дальнейшем должны реализовать остальные части системы (УМ, ПС, ОС). В соответствии с требуемой точностью значений управляющих воздействий (ПП) и быстродействием их реализации назначаются параметры приборов и устройств ПС и ОС, проектируется УМ, а также привод 1111.
В Балтийском государственном техническом университете «Военмех» имени Д. Ф. Устинова ведутся
работы по исследованию, разработке и реализации интеллектуальных конструкций применительно к решению задач авиационно-космической техники: созданы математические модели и программы расчета по оптимизации размещения датчиков и малогабаритных силовых приводов (актуаторов) на конструкции КА; разработан экспериментальный стенд, на котором проводились исследования по анализу чувствительности конструкций к ПП системы; ведутся работы по созданию актуатора, обладающего малой массой и низким уровнем возмущающих воздействий на конструкцию КА; формируются электромеханическая и химическая модели электроактивного полимера для реализации эффективной методики проектирования такого рода устройств. Все эти работы в конечном счете направлены на создание методологических основ проектирования ИК.
A. N. Likhachev
Baltic State Technical University named after D. F. Ustinova «Voenmeh», Russia, Saint-Petersburg
BASIC METHODOLOGY FOR DESING OF «SMART» SHAPE-AND DIMENSIONSTABLE STRUCTURES
The objective of this research is a development of the formal design methodology for «smart» shape- and dimension stable structures of space vehicle.
© Лихачев А. Н., 2011
УДК 629.09:629.78
А. А. Логанов, В. В. Двирный, А. В. Леканов, Н. А. Тестоедов
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ АКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ НА КОСМИЧЕСКОМ АППАРАТЕ СВЯЗИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
Проанализированы технические проблемы, возникающие при создании активной системы терморегулирования космического аппарата связи. В качестве характерных направлений развития активных систем терморегулирования, используемых мировыми лидерами в этой области, рассмотрены двухфазная испарительная система терморегулирования с теплоносителем аммиаком и однофазная жидкостная система терморегулирования с теплоносителем гидрофторполиэфиром. Отмечена меньшая гибкость однофазной системы по сравнению с двухфазной при увеличении количества обслуживаемых устройств.
Мощность космических аппаратов (КА) связи может быть увеличена за счет оптимального выбора структуры системы терморегулирования (СТР), в частности применяемого в ней насоса.
Основным недостатком пассивных СТР, использующих тепловые трубы, является ограничение по расстоянию, на которое может быть передано отводимое тепло. В частности, передача больших значений тепловой мощности (порядка сотен ватт) на расстояния более 2 м обеспечивается тепловымих трубами с большим размером профиля (диаметр парового канала - более 10 мм). В меньшей степени этот недостаток присущ гибридным контурным тепловым тру-
бам, но их использование связано с применением нагревателей и требует сравнительно высокой плотности теплового потока на испарителях.
Этого недостатка лишена активная СТР. Она обеспечивает тепловые режимы приборов с большим диапазоном значений отводимой мощности, ее масса не увеличивается линейно с увеличением количества приборов, она не требует минимального порогового значения теплового потока на посадочном месте прибора для обеспечения его функционирования [1].
Существует два пути создания активной СТР.
Традиционный путь - это переход к двухфазной (жидкость-пар) системе, реализующей преимущества
Решетневскце чтения
в энергоемкости скрытой теплоты парообразования в сравнении с теплоемкостью жидкости. Однако использование самого эффективного из ныне существующих двухфазных теплоносителей - аммиака -создает несколько проблем, связанных с высоким максимальным давлением паров аммиака в рабочем диапазоне температур, его химической агрессивностью и большой разницей в плотности жидкой и паровой фаз при одинаковой температуре.
Высокое максимальное давление паров аммиака повышает требования к прочности корпуса электронасосного агрегата (ЭНА) и герметичности СТР в целом.
Химическая агрессивность аммиака ограничивает диапазон доступных к применению материалов и конструктивных схем.
Большая разница в плотности жидкостной и паровой фаз аммиака не позволяет использовать подшипники качения в насосах центробежного типа и значительно снижает КПД насосов лабиринтно-винтового типа. Эту проблему можно разрешить за счет применения гидродинамических подшипников или магнитного подвеса.
Гидродинамические подшипники могут работать только при разделении ротора и втулки, которое обеспечивается с помощью гидродинамической силы, возникающей благодаря непрерывному вращению ротора насоса еще на этапе подготовки КА к запуску. Недостатками этих подшипников являются необходимость повышения точности изготовления втулки и ротора и высокие гидравлические потери.
Реализация ротора на магнитном подвесе в ЭНА двухфазной СТР требует одновременного удовлетворения противоречащих друг другу требований. Например, уменьшение зазора между ротором и статором приводит к снижению потерь магнитной индукции, однако при этом возрастают потери на трение в зазоре. Кроме того, могут возникнуть затруднения при изготовлении ротора, состоящего из рабочего колеса, подводящего трубопровода, магнита и герметичной оболочки.
Разрешение этих проблем приведет к уменьшению размеров ротора и следовательно, к увеличению скорости его вращения.
Так, разработанный Spacecraft Engineering Department (США) образец ЭНА двухфазной СТР имеет диаметр ротора около 20 мм, что при значении отводимой мощности 8 кВт соответствует скорости вращения не менее 16 000 мин-1 при перепаде давления 93 кПа и объемном расходе более 30 см3/с. Оценка потребляемой мощности - 15 Вт.
Другой путь обеспечения тепловых режимов на КА связи большой мощности предполагает использование однофазной СТР с активным жидкостным контуром. В качестве жидкого теплоносителя выбран гидрофторполиэфир H-Galden ZT85 разработки фирмы Solvay Solexis (Бельгия) (URL: http://papers.sae.org/2009-01-2350/). Эта жидкость негорюча, нетоксична, имеет малый по сравнению с изооктаном коэффициент объемного теплового расширения и невысокое по сравнению с аммиаком рабочее давление.
Особенность построения активного жидкостного контура проявляется в том, что центробежный насос обеспечивает циркуляцию теплоносителя по гидротракту СТР, где высокий коэффициент теплопередачи достигается за счет применения труб малого внутреннего диаметра. Высокая скорость движения теплоносителя по трубам в сочетании с их увеличенной протяженностью (для получения необходимой площади теплоотдачи) приводят к высоким значениям перепада давления, которые должен обеспечить насос -340 кПа - при хладопроизводительности активной части контура немногим более 3 кВт (напор 210 Дж/кг). Эта особенность активного жидкостного контура однофазной СТР снижает степень его унификации применительно к различным вариантам компоновки целевой аппаратуры на КА связи. Его использование приводит к тому, что увеличение количества приборов, обслуживаемых данным контуром, резко повышает гидросопротивление трубопроводов.
Библиографическая ссылка
1. Боровский Б. И. Энергетические параметры и характеристики высокооборотных лопастных насосов. М. : Машиностроение, 1989.
A. A. Loganov, V. V. Dvirnyi, A. V. Lekanov, N. A. Testoedov JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk
FEATURES OF DEVELOPMENT OF ACTIVE THERMAL CONTROL SYSTEM ON HIGH-POWER COMMUNICATION SPACECRAFT
The authors consider technical problems of creation of an active system of thermal control of a space vehicle. As features of development of active thermal control systems, used by the world leaders in this sphere, a two-phase system with heat-carrier being ammonia and single-phase liquid system with heat-carrier being hydrofluorpolyether are considered. The authors underline a smaller flexibility of single-phase system with increase of served devices, in comparison with two-phase.
© Horarc® A. A., .flBHpHtm B. B., HeKaHOB A. B., TecroegoB H. A., 2011
