Ядерная энергетическая установка космического аппарата

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам и предназначено для использования в качестве источников электрической энергии космических аппаратов. Ядерная энергетическая установка космического аппарата содержит ядерный реактор, машинный преобразователь энергии, радиационную защиту из гидрида лития, холодильник-излучатель, агрегаты системы теплоотвода и соединяющие их элементы конструкции. Радиационная защита выполнена в виде тонкостенного корпуса. Тонкостенный корпус заполнен гидридом лития методом литья. Радиационная защита снабжена кронштейнами. Кронштейны установлены на заднем днище радиационной защиты. При этом одна сторона кронштейнов соединена с машинным преобразователем, а другая имеет геометрию с развитой поверхностью и погружена в монолит гидрида лития. В монолите гидрида лития также расположены узлы крепления для стыковки с силовой конструкцией, например рамой, для крепления остальных агрегатов ЯЭУ и соединения ее с космическим аппаратом. Изобретение направлено на погашение возникающих колебаний турбогенератора монолитом гидрида лития, находящегося в герметичном корпусе отсека радиационной защиты. 1 ил.

 

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам (ЯЭУ), используемым в качестве источников электрической энергии космических аппаратов (КА).

Известен ряд конструкций, подобных ЯЭУ, в которых машинный преобразователь энергии - турбогенератор размещен на элементах конструкции ЯЭУ, приведенных, например, в книге "Электрические межпланетные корабли", Гильзин К.А., изд. 2-е, перераб. и дополн., «Наука», 1970, 327 с.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является ЯЭУ КА, снабженная машинным преобразователем энергии - газовой турбиной, размещенной на силовой раме, соединяющей радиационную защиту с топливным баком КА (см. Концепция маршевой ядерной энергоустановки электрической мощностью 500 кВт на основе газоохлаждаемого реактора с газотурбинным преобразованием энергии по циклу Брайтона. Сборник докладов Международной конференции Ядерная энергетика в космосе - 2005, Москва - г.Подольск Московская область, 2005, с.19-20).

Недостатком такой ЯЭУ является передача на силовую раму колебаний, формирующихся при вращении ротора турбины, с последующим их распространением на КА, который может быть снабжен системами, требующими для своего функционирования стабильного положения, например, различными антенными устройствами.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - снижение колебаний конструкции КА, возникающих при вращении ротора турбогенератора, находящегося на борту ЯЭУ.

Технический результат - гашение возникающих колебаний турбогенератора монолитом гидрида лития, находящегося в герметичном корпусе отсека радиационной защиты.

Этот результат достигается тем, что радиационная защита, выполненная в виде тонкостенного корпуса, заполненного гидридом лития посредством литья, снабжена кронштейнами, установленными на заднем днище радиационной защиты, при этом одна сторона кронштейнов соединена с машинным преобразователем, а другая имеет геометрию с развитой поверхностью и погружена в монолит гидрида лития, в котором также расположены узлы крепления для стыковки с силовой конструкцией, например рамой, для крепления остальных агрегатов ЯЭУ и соединения ее с космическим аппаратом.

На чертеже приведена конструктивная схема ЯЭУ с турбогенератором.

ЯЭУ содержит ядерный реактор 1, радиационную защиту 2, присоединенную к космическому аппарату рамой 3, и находящийся внутри нее машинный преобразователь (турбогенератор) 4. Радиационная защита выполнена в виде тонкостенного - 1 мм герметичного корпуса, заполненного методом литья гидридом лития 5, образующим после охлаждения твердый монолит. На заднем днище корпуса организованы места крепления для фиксации на них турбогенератора. Место крепления представляет собой вваренный в тонкостенное заднее днище кронштейн 6. Он снабжен уходящим в монолит гидрида лития конструктивным элементом 7 с развитой поверхностью, например перфорированным конусом. Силовая связь между узлами крепления защиты 8 и 9 со смежными агрегатами осуществлена находящимся в монолите гидрида лития конструктивным элементом 10 типа рамы или перфорированного конуса.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Возникающие в турбогенераторе 4 колебания через кронштейн 6 и уходящий в монолит гидрида лития конструктивный элемент 7 переходят на монолит гидрида лития 5 и затем через него на конструктивный элемент 10, соединенный с узлом крепления 9 радиационной защиты с рамой 3, стыкующейся с космическим аппаратом.

Принимая во внимание, что модуль упругости гидрида лития существенно меньше чем модуль упругости нержавеющей стали, из которой изготовлены все силовые конструктивные элементы ЯЭУ (Е_LiH=5*10³ кг/мм², Е_Х18Н9T=2*10^-4 кг/мм²), то в нем будет наблюдаться затухание колебаний, приходящих на него от кронштейнов с закрепленным на них турбогенератором. Одновременно, как показывают многочисленные препарировки отсеков радиационной защиты, залитых гидридом лития, отсутствует полное прилипание монолита к металлической поверхности. Другими словами, на поверхности конструктивного элемента имеются зоны, способные частично колебаться независимо от монолита гидрида лития и тем самым передавать на монолит колебания с некоторым сдвигом фаз, что приводит к их частичному затуханию. Аналогичная картина происходит и при переходе колебаний с монолита на силовой элемент между узлами крепления защиты. Колебания также могут гаситься из-за наличия в монолите гидрида лития литьевых трещин, возникающих из-за применяемой технологии изготовления в задней области радиационной защиты.

Помимо рассмотренных процессов, приводящих к снижению в радиационной защите колебаний, положительную роль оказывает и крепление турбогенератора на массивном элементе конструкции ЯЭУ, каким, несомненно, является радиационная защита со стыкованными к ней спереди агрегатами: реактором, тяжелым компонентом защиты и т.д.

Ядерная энергетическая установка космического аппарата, содержащая ядерный реактор, машинный преобразователь энергии, радиационную защиту из гидрида лития, холодильник-излучатель, агрегаты системы теплоотвода и соединяющие их элементы конструкции, отличающаяся тем, что радиационная защита, выполненная в виде тонкостенного корпуса, заполненного гидридом лития методом литья, снабжена кронштейнами, установленными на заднем днище радиационной защиты, при этом одна сторона кронштейнов соединена с машинным преобразователем, а другая имеет геометрию с развитой поверхностью и погружена в монолит гидрида лития, в котором также расположены узлы крепления для стыковки с силовой конструкцией, например рамой, для крепления остальных агрегатов ЯЭУ и соединения ее с космическим аппаратом.