CC BY
53
Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»
УДК 629.78.001.4
А. Ю. Вшивков, И. В. Легостай, С. А. Ганенко
Научный руководитель - Е. Н. Головенкин ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 07ТВИ. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АППАРАТА ДЛЯ НАЗЕМНОЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОТРАБОТКИ
В течение последних десятилетий терморегулирование КА было сравнительно простой и постепенно развивающейся областью техники. Однако с переходом на проектирование более сложных и энергоемких КА на негерметичной платформе возник ряд вопросов, связанных с уточнением заданных технических характеристик системы терморегулирования. Данная статья посвящена разработке методики проектирования тепловых макетов 07ТВИ для проверки штатной подсистемы терморегулирования (СТР).
Вследствие возможного значительного отклонения действительных теплофизических характеристик КА от расчетных и невозможности при проведении расчета учесть все составляющие, влияющие на тепловой режим КА и его элементов, окончательное заключение о тепловом состоянии оборудования при штатной эксплуатации может быть сделано только на основании проверки работоспособности в наземных условиях всей СТР КА, при достаточно точной имитации теплового взаимодействия КА с окружающей космической средой. Таким образом, НЭО в части теплова-куумной отработки представляет собой комплекс рас-четно-методических, экспериментальных и конструкторских работ по обеспечению и уточнению заданных технических характеристик системы терморегулирования, подтверждение проектных значений параметров теплообмена и уточнение возможных условий функционирования КА.
Для получения в ходе проведения наземной тепло-вакуумной отработки достоверных экспериментальных данных, подтверждающих способность тепловых схем отрабатываемых элементов обеспечивать требуемые тепловые режимы, необходимо с достаточной точностью имитировать теплофизические характеристики элементов летного КА, логику изменения внутренних тепловыделений, внешние условия, воздействующие на КА в процессе эксплуатации.
Таким образом, создается объект испытаний 07ТВИ для тепловакуумной отработки - полноразмерный тепловой макет КА в целом или функциональной его части, укомплектованный системами измерения и управления, имитаторами влияния отсутствующих блоков (при поблочных испытаниях), тепловыми имитаторами приборов и оборудования КА, а также технологическими системами и испытательной оснасткой, предназначенными для установки и перемещений (при необходимости) объекта испытаний в термовакуумной камере и стыковки его с системами испытательного комплекса [1].
Объект испытаний (или его фрагменты), предназначенные для тепловакуумной отработки, должны соответствовать следующим эксплуатационным характеристикам:
- конструкции корпуса, пневмогидросхемам, бортовой кабельной сети;
- конструкции и комплектации активных и пассивных средств обеспечения теплового режима и их функциональным параметрам;
а также:
- размерам, массе и теплоемкости сборочных узлов;
- материалам, покрытиям, их теплофизическим, оптическим и радиационным свойствам;
- внутреннему и наружному монтажу и конфигурации;
- герметичности;
- метрологическим характеристикам аналогов измерения и управления.
Тепловые имитаторы бортовой аппаратуры, систем, элементов конструкции, технических средств и рабочих жидкостей, входящих в состав объекта испытаний, должны соответствовать эксплуатационному изделию:
- по габаритным характристикам;
- массе и теплофизическим характеристикам;
- величине и распределению тепловыделений;
- оптическим и радиационным характеристикам и обработке наружных и внутренних поверхностей;
- конструкции посадочных мест и величине термических сопротивлений в местах крепления;
- гидравлическому сопротивлению магистралей теплоносителя;
- эффективным значениям теплофизических характеристик тепловой изоляции.
Перечень целей и задач тепловакуумной отработки вновь разрабатываемых КА, а вместе с ним теплового макетов 07ТВИ определяется комплексной программой экспериментальной наземной отработки (КПЭО КА, ПОН КА). Данные документы разрабатывается для каждого аппарата в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.
Перечень основных задач решаемых при теплова-куумных испытаниях изделия 07ТВИ или его фрагментов (для активных и пассивных систем терморегулирования), приведен ниже:
- проверка соответствия температур элементов конструкции изделия и его бортовой аппаратуры требованиям ТЗ на СТР, а также требованиям ТЗ, ТУ и ИД на бортовую аппаратуру при имитации предельных значений внешних тепловых потоков и тепловыделений;
- определение температурных полей по внешним элементам конструкции изделия;
проверка функционирования агрегатов и элементов СТР при имитации условий УВ и ОФ;
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
отработка алгоритмов управления элементами СТР при УВ и ОФ;
- исследование теплового режима элементов изделия в предполагаемых нештатных режимах (РАСО);
- определение необходимости и разработка рекомендаций по корректировке технической документации на тепловые схемы внешних элементов и приборов КА;
- верификация математической тепловой модели СТР КА.
- проверка соответствия фактических значений параметров СТР требованиям ТЗ на СТР;
- определение динамических характеристик и устойчивости процессов терморегулирования в жидкостном контуре СТР в различных режимах функционирования;
- проверка расходонапорных характеристик жидкостного контура СТР;
- отработка методики заправки гидротракта СТР;
- определение резервов хладопроизводительности СТР КА.
Вследствие широкого спектра задач, решаемых при проведении ТБИ и ТВИ, объектом испытаний
должен являться либо штатный летный образец КА либо его полномасштабный аналог - инженерно-квалификационная модель 07ТВИ. С использованием данной методологии на предприятии ОАО «ИСС» имени М.Ф. Решетнева были проведены испытания современных КА на негерметичной платформе, таких как «Луч-5А», «Глонасс-К», «Олимп» и др. КА «Гло-насс-К» был успешно выведен на орбиту поле проведения ТВИ и ТБИ теплового макета 07ТВИ и электро-термовакуумных испытаний (ЭТВИ) штатного аппарата. Анализ данных телеметрии показывает, что аппарат функционирует в диапазоне температур близких к полученным в результате экспериментальной отработки.
Библиографическая ссылка
1. Технический отчет ОТ № 360-5722-06. ОКР «Надежность КА». 2006.
© Вшивков А. Ю., Легостай И. В., Ганенко С. А.,
Головенкин Е. Н., 2011
УДК 629.19
П. В. Данилов Научный руководитель - К. Ф. Голиковская Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Предлагается обзор существующих систем обеспечения теплового режима космических аппаратов.
Общий вид КА и его конструктивно-компоновочные решения являются результатом итерационного процесса общего проектирования. Это выбор силовой схемы, размещение функциональных агрегатов и принятие решения по основным системам КА (ориентации, электропитания, терморегулирования) [1].
Существенное значение при этом имеют отработанность и техническая обоснованность отдельных конструктивных решений, возможность унификации не только отдельных узлов, но и конструктивных блоков, оптимальность, широкое заимствование разработок, качество которых подтверждено многолетней практикой эксплуатации в натурных условиях.
В процессе развития космических полетов совершенствовались системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) и системы обеспечения теплового режима (СОТР). Для многочисленных типов КА создавались различные виды систем обеспечения теплового режима.
В качестве первого классификационного признака можно использовать разделение СОТР на подсистемы по функциональной принадлежности. На основе данного признака выделяются три характерные подсистемы СОТР, оказывающие существенное влияние на формирование теплового режима объекта: подсистема теплозащиты; подсистема формирования температур-но-влажностных и циркуляционных полей газовой среды; подсистема терморегулирования [2]. Указан-
ные три подсистемы СОТР неразрывно связаны между собой и в то же время имеют свои отличительные особенности и назначение в общей системе обеспечения теплового режима. Каждая подсистема выполняет определенные функции, обеспечивая поддержание или регулирование одного или группы параметров, определяющих общий тепловой режим объекта. Другим классификационным признаком может служить деление подсистем по принципу действия, третьим признаком - особенности технической и схемной реализации. Выделенные в данной классификации отдельные подсистемы и элементы не обязательно представляют собой самостоятельные группы. Чаще всего они встречаются в сочетании с другими подсистемами, образуя комбинированные варианты СОТР, где одна из подсистем может играть доминирующую роль. Чаще всего они встречаются в сочетании с другими подсистемами, образуя комбинированные варианты СОТР, где одна из подсистем может играть доминирующую роль.
Библиографические ссылки
1. Александров О. Г. Системы терморегулирования автоматических космических аппаратов : учеб. пособие. Красноярск, КИКТ, 1990.
2. Малоземов В. В. Тепловой режим космических аппаратов. М. : Машиностроение, 1980.
© Данилов П. В., Голиковская К. Ф., 2011
