Способ испытаний системы терморегулирования космического аппарата

 

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам наземных испытаний системы терморегулирования космического аппарата. Согласно изобретению при испытаниях системы производят отстыковку компенсационного устройства от жидкостного тракта одного из ее блоков, заправленных жидким теплоносителем, соединение между собой жидкостных трактов блоков по гидравлическим разъемам. До отстыковки компенсационного устройства измеряют изменение температуры окружающего воздуха, а отстыковку компенсационного устройства от блока и соединение жидкостных трактов блоков между собой по гидравлическим разъемам производят в течение промежутка времени, определяемого в зависимости от измеренного максимального повышения температуры воздуха (от минимального ее значения) вблизи системы и допустимого повышения давления в жидкостном тракте. Изобретение позволяет повысить надежность системы терморегулирования в течение заданного срока ее эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности, к системе терморегулирования (СТР) космического аппарата (КА).

В настоящее время испытания СТР связных спутников (например, типа "Молния") с целью подтверждения ее работоспособности как при тепловакуумных испытаниях, так и при подготовке спутника к пуску проводятся при полностью собранном ее жидкостном тракте, заправленным жидким теплоносителем.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической информации показал, что наиболее близким по технической сути /прототипом/ предлагаемого технического решения является способ испытаний газожидкостной СТР, изложенный на стр. 116, рис.7.2,б монографии О.Б. Андрейчук, Н. Н. Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. М., "Машиностроение", 1982 г.

Известный способ испытаний СТР с учетом предположения, что она состоит из двух блоков, включает в себя следующие операции (процессы), выполняемые в следующей последовательности (см. чертеж): - отстыковка компенсационного устройства от жидкостного тракта блока с переменным составом; - соединение между собой жидкостных трактов блоков с переменный составом и постоянный составом по разъемам гидравлическим; - проведение испытаний системы, в частности, тепловакуумных испытаний в тепловакуумной камере.

Как показал анализ, проведенный авторами, известный способ обладает существенными недостатками, а именно недостаточно высокая надежность обеспечения работоспособности в течение требуемого срока эксплуатации СТР, что обусловлено следующим. Например, если в промежутке времени между отстыковкой разъема гидравлического 6 (см. чертеж) компенсационного устройства 7 от разъема гидравлического 5 блока с переменным составом и состыковкой жидкостных трактов блоков между собой по разъемам гидравлическим: 4 с 8 и 5 с 9 температура теплоносителя будет повышаться из-за повышения температуры окружающего воздуха, тогда давление теплоносителя в жидкостном тракте блока с переменным составом из-за отсутствия в этот промежуток времени компенсационного устройства тоже будет повышаться и может создаться такое давление, что жидкостный тракт разрушится.

Целью предлагаемого технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что испытания СТР КА проводят таким образом, что до отстыковки компенсационного устройства измеряют изменение температуры окружающего воздуха, а отстыковку компенсационного устройства от блока и соединение жидкостных трактов блоков между собой по разъемам гидравлическим производят в течение промежутка времени, определенного из соотношения где Δτ - допустимый промежуток времени, с; с - удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг·град; ρ - плотность теплоносителя, кг/м³; d_экв - внутренний эквивалентный диаметр жидкостного тракта, м; K - коэффициент теплопередачи от окружающего воздуха к теплоносителю, Вт/м²·град;
K_з - коэффициент запаса, равный 2;
Δt - измеренное (зафиксированное) максимальное повышение температуры от минимальной при колебании температуры воздуха вблизи системы, ^oC;
K_t - коэффициент пропорциональности, равный 0,7 · 10^-6 град/Па;
Δp - допустимое повышение давления в жидкостном тракте, Па,
что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого технического решения.

В результате анализа известной патентной и научно-технической литературы предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом устройстве.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема реализации предлагаемого технического решения.

Предлагаемый способ испытаний СТР включает в себя операции, выполняемые в следующей последовательности:
1. Измерение с помощью, например, термометра 13 колебания температуры воздуха в помещении вблизи СТР в течение, например, 1 ч и определение разности между максимальным и минимальным значениями.

2. Вычисление допустимого промежутка времени по соотношению

Соотношение выведено авторами, используя закон теплового баланса

где c - теплоемкость теплоносителя, находящегося в жидкостном тракте;
G - масса теплоносителя в жидкостном тракте;
t - температура теплоносителя;
τ - время;
K - коэффициент теплопередачи между воздухом и теплоносителем;
F - площадь теплообмена;
t₀ - температура окружающего жидкостный тракт воздуха.

Анализ, проведенный авторами, показал, что, например, для используемого в настоящее время теплоносителя Л3-ТК-2 c = 1880 Дж/кг·град, ρ = 705 кг/м³; эквивалентный диаметр жидкостного тракта 0,016 м; коэффициент теплопередачи между окружающим воздухом и теплоносителем в жидкостном тракте - не более 0,5 Вт/м²·град; проведенные опытные измерения в различное время в течение суток показали, что в помещении цеха разность между максимальным и минимальным значениями при колебании температуры окружающего воздуха в течение 1 ч не превышает 0,75^oC, а коэффициент пропорциональности K = 0,7 · 10^-6 град/Па; допустимое повышение давления в жидкостном тракте существующих СТР 150 кПа; коэффициент запаса для обеспечения надежности принят 2. В результате вычисления получим, что допустимый промежуток времени равен ~ 600 с.

3. Отстыковка разъема гидравлического 6 компенсационного устройства 7 от разъема гидравлического 5 блока, например, с переменным составом (содержащего жидкостные платы 1, соединительные трубопроводы 2 и 3, разъемы гидравлические 4 и 5), с включением в работу с момента отстыковки секундомера 12.

4. Обязательное соединение между собой жидкостных трактов блоков, например, с переменным составом и с постоянным составом (включающим в себя разъемы гидравлические 8 и 9, агрегаты СТР 11, компенсатор объема СТР 10), по разъемам гидравлическим: 4 с 8, 5 с 9 в течение промежутка времени, определенного выше, что однозначно исключит пребывание жидкостного тракта блока с переменным составом при недопустимом давлении в нем и, следовательно, исключит выход из строя СТР.

5. Проведение испытаний СТР.

Таким образом, предложенное техническое решение однозначно исключает выход из строя СТР, который мог бы случиться при испытаниях ее, и, следовательно, повышает надежность обеспечения работоспособности в течение требуемого срока эксплуатации СТР, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.

В настоящее время предложенное техническое решение отражено в технической документации НПО прикладной механики, по которой будет изготавливаться СТР вновь создаваемого связного спутника.

Формула изобретения

Способ испытаний системы терморегулирования космического аппарата, включающий отстыковку компенсационного устройства от жидкостного тракта одного из ее блоков, заправленных жидким теплоносителем, соединение между собой жидкостных трактов блоков по гидравлическим разъемам и проведение испытаний, отличающийся тем, что до отстыковки компенсационного устройства измеряют изменение температуры окружающего воздуха, а отстыковку компенсационного устройства от блока и соединение жидкостных трактов блоков между собой по гидравлическим разъемам производят в течение промежутка времени, определяемого из соотношения

где Δτ - допустимый промежуток времени, с;
c - удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг · град;
ρ - плотность теплоносителя, кг/м³;
d_экв - внутренний эквивалентный диаметр жидкостного тракта, м;
K - коэффициент теплопередачи от окружающего воздуха к теплоносителю, Вт/м² · град;
K_з - коэффициент запаса, равный 2;
Δτ - измеренное (зафиксированное) максимальное повышение температуры от минимальной при колебании температуры воздуха вблизи системы, ^oC;
K_t - коэффициент пропорциональности, равный 0,7 · 10^-6 град/Па;
Δp - допустимое повышение давления в жидкостном тракте, Па.

РИСУНКИ

Рисунок 1