CC BY
25Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли
частоты зафиксируем размер кубика г = 1 мм. Зависимость Rf(n, p) приведена на рис. 2.
0.3; Rl 0.2:
Рис. 2. Зависимость расстройки (Щ) от геометрических параметров п и p (мм)
Данная методика может быть использована для оценки смещения резонансной частоты при введении в резонатор малых отражающих элементов. Важным
является то, что расстройка при данном подходе является явно заданной функцией геометрических параметров системы, что позволяет использовать полученные результаты в задачах оптимизации.
Библиографические ссылки
1. Samoylik S. S., Bondarev V. P. Complex frequencies of rectangular resonator with the arbitary number of the dielectric heterogeneities // VI International Conference on antenna theory and techniques. Sevastopol, 2007. P. 1252-2054.
2. Мануилов М. Б., Кобрин К. В. Собственные волны многогребневых волноводов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. № 6.
3. Миттра Р., Ли С. Аналитические методы теории волноводов. М. : Мир, 1974.
4. Найфэ А. Методы возмущений. М. : Мир, 1976.
A. M. Bakin, I. V. Trifanov, L. I. Oborina, B. N. Ismailov Siberian State Aerospace University named after Academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
APPLICATION OF THE SMALL INDIGNATIONS METHOD TO THE WAFER TYPE FILTERS CALCULATION
In this paper some questions on analytical calculation of the resonance frequency of EHF filter devices, using wafer-type filter as an example are observed. The method helps to find the detuning dependence on the reflecting elements' geometrical parameters.
© Бакин А. М., Трифанов И. В., Оборина Л. И., Исмаылов Б. Н., 2010
УДК 629.78.01
Н. В. Батуров, Ю. А. Филиппов ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск
ВЫБОР ИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КРИОГЕННОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Рассмотрены основные подходы к выбору криоизоляции как один из основных параметров, определяющих работоспособность криооборудования.
При проектировании криогенного оборудования большое значение имеет правильный выбор криоизо-ляции для криостата, в который погружается объект испытания. Выбранный криостат должен не только обеспечивать вместительность испытываемого узла, но и обеспечить заданные условия испытания, стабильный режим работы, точность измеряемых параметров. Для этого необходимо произвести корректный анализ условий испытаний, на основе которого определяются конструктивные параметры криостата.
В процессе типовых испытаний узлов летательных космических аппаратов одним из условий является поддержание режима испытания на заданном уровне. Для реализации этого условия составляется уравнение теплового баланса, на основе которого выбираются наиболее экономически целесообразные способы поддержания программы испытания на заданном
уровне. На основе уравнения теплового баланса определяются теплопритоки, для уменьшения которых рассчитывается и выбирается вид криоизоляции, а также способ понижения температуры для поддержания заданных условий криогенного испытания. Поскольку наличие теплопритоков приводит к дополнительным затратам мощности, а также необратимым потерям жидкого криопродукта, следует свести их к минимуму. Поэтому высококачественная теплоизоляция является непременным условием длительного и надежного хранения, использования криогенных продуктов, а также поддержания заданной программы испытания [1].
Теплоприток через криоизоляцию определяется как сумма теплопритоков, переносимых по твердому скелету теплоизоляционного материала, тепловым мостам, передаваемая вследствие теплопроводности и
Решетневские чтения
конвекции газа, заполняющего теплоизоляцию, передаваемая излучением. Основная характеристика теплоизоляции - ее теплопроводность, которая должна быть сведена к минимуму. Для уменьшения теплопроводности применяют изоляцию из материалов с дисперсной структурой, вакуумную теплоизоляцию, экранирование теплового излучения [2].
Современные типы криогенной теплоизоляции, созданные в результате длительных поисков и исследований, характеризуются высокой эффективностью. Их подразделяют на две основные группы: изоляция, находящаяся под атмосферным давлением; вакуумная теплоизоляция. В данной статье рассмотрим тепловую изоляцию, находящуюся под атмосферным давлением. Данный вид изоляции применяют для систем, работающих при Т > 80 °К. Эта изоляция характеризуется низкой стоимостью, простотой в эксплуатации и относительно невысокой эффективностью.
Одним из таких видов изоляции является пенопластовая теплоизоляция. Несмотря на сравнительно высокую горючесть, в аэрокосмической технике пено-пласты используются для изоляции емкостей с жидким кислородом. В частности, подвесной топливный бак ракетно-космической системы «Спейс Шаттл», вмещающий 600 т жидкого кислорода и 100 т жидкого водорода, изолирован слоем пенополиизоцианура-та, обеспечивающим снижение испарения компонентов, вызванных внешними теплопритоками, до приемлемого (0,7 %) уровня [3].
Значительное влияние на теплопроводность крио-изоляции оказывает криоподсос. Криоподсос возникает тогда, когда водяные пары конденсируются вблизи внешней поверхности криоизоляции и если внешняя поверхность криоизоляции омывается атмосферным воздухом, то градиент его концентрации по толщине слоя, обусловленный конденсацией в пристеночной зоне, приводит к возникновению потока воздуха из атмосферы в криоизоляцию. Криоподсос ухудшает теплоизоляционные характеристики, рост массы криоизоляции и представляет серьезную угрозу для ее целостности.
Для обеспечения низкой теплопроводности (для большинства материалов 1 = 0,05...0,20 Вт/(м-К)) необходимо, чтобы теплоизоляция имела малые плотность и влагоемкость. При влагосодержании свыше 5-10 % теплопроводность резко увеличивается. При
понижении температуры теплопроводность уменьшается в 1,5-2 раза примерно по линейному закону. Такой же линейный закон характерен для зависимости 1 от плотности [2].
Теплоприток (Вт) через изоляцию определяют по формуле
Q = (1 /5)• Fсp • (Г0 -Гх), (1)
где 5 - толщина изоляции, м; То и Тх - температура окружающей среды и холодной полости.
Средняя эффективная площадь (м2) имеет вид
^ =^/F:FГ, (2)
где Fо и Fх - площади соответственно теплой и холодной поверхностей изоляции.
Формулы (1) и (2) применимы для различных геометрических поверхностей - плоского, шарового и цилиндрического слоев.
Теплопроводность пенопластовой криоизоляции зависит от теплопроводности воздуха, находящегося в пузырьках пенопласта и между корпусом криостата и самой изоляцией. Соответственно теплопроводность X криоизоляции получим, взяв корреляционное соотношение для теплопроводности газов Эйкина:
1г = 8,44 •Ш^СЦ^. (3)
Для воздуха примем еу = 5 Я и получим выражение
1 = 1,4-10-3Г1/2П-1. (4)
Правильный выбор криоизоляции позволяет обеспечить наиболее стабильный и устойчивый режим работы криогенного оборудования за счет уменьшения теплопритоков, а также выполнение условий испытания и повышение достоверности измеряемых параметров внутри криогенного оборудования за счет снижения пульсирующих колебаний криоагентов.
Библиографические ссылки
1. Беляков В. П. Криогенная техника и технология. М. : Энергоатомиздат, 1982.
2. Криогенные системы / А. М. Архаров, В. П. Беляков, Е. И. Микулин и др. М. : Машиностроение, 1987.
3. Полунин В. Л. Пенополимеры в низкотемпературной изоляции. М. : Энергоатомиздат, 1991.
N. V. Baturov, Y. A. Filippov JSC «Krasnoyarsk machinery-building plant», Russia, Krasnoyarsk
ISOLATION CHOICE FOR DESIGNING OF THE CRYOGENIC TEST EQUIPMENT
The basic approaches to the cryogenic isolation choice as one of the key parameters defining the cryogenic equipment working capacity are considered.
© Батуров Н. В., Филиппов Ю. А., 2010
