Способ обеспечения теплового режима полезной нагрузки, размещенной в сборочно-защитном блоке и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2564436:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Акционерное общество "Ракетно-космический центр "Прогресс" (АО "РКЦ "Прогресс") (RU)
Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для обеспечения теплового режима полезной нагрузки (ПН). Устройство обеспечения теплового режима полезной нагрузки в сборочно-защитном блоке содержит теплоизолирующую перегородку, теплоизолирующие покрытия, отверстия подачи и истечения термостатирующего газового компонента в головном обтекателе (ГО) и переходном отсеке (ПхО). Одновременно подают через отверстия над или под жестко установленной между ракетой-носителем и ПН теплоизолирующей перегородкой термостатирующего газового компонента в полости ГО и ПхО, обеспечивают перетекание потока термостатирующего газового компонента в направлениях вдоль нижней части полезной нагрузки и теплоизолирующей перегородки, или вдоль теплоизолирующей перегородки и пристыкованной к торцу космической головной части ракеты-носителя. Изобретение позволяет повысить эффективность термостатирования ПН. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Предлагаемое изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к способу и устройству обеспечения теплового режима полезной нагрузки (ПН) космической головной части (КГЧ) ракеты космического назначения (РКН).
Известны способы и устройства обеспечения теплового режима ПН в составе КГЧ при предстартовой подготовке РКН в стартовом сооружении по патентам RU №2290353, RU №2279377. В указанных патентах осуществляется одновременная подача термостатирующего газового компонента в верхнюю и нижнюю части головного блока и последующее истечение из головного блока, а верхняя и нижняя части головного блока разделены перегородкой.
Наиболее близким способом и устройством, выбранным в качестве прототипа, является способ обеспечения теплового режима головного блока в составе РКН по патенту RU №2293045 - прототип, включающий в себя одновременную подачу газового компонента в верхнюю часть полости космического аппарата, осуществляя выброс из нижней части полости космического аппарата, и в нижнюю часть полости разгонного блока, осуществляя выброс из верхней части полости разгонного блока, при этом головной блок снабжен перегородкой, образующей замкнутые полости космического аппарата и разгонного блока, а закрытие выхода газового компонента из торцевой части головного блока осуществлено за счет пристыкованной к данному блоку ракеты носителя.
Недостаток прототипа, а также вышеописанных способов и устройств заключается в том, что при низком значении температуры окружающей РКН среды и низком значении температуры топливного бака РН, образующего полость П×О, при прекращении подачи в КГЧ термостатирующего газового компонента за длительное время до старта по технологическому графику подготовки РКН, а также при подаче перед стартом РКН газового компонента с пониженным расходом из-за ограниченных возможностей системы подачи газа в КГЧ по транзитной магистрали РН, элементы нижней части ПН перед стартом РКН могут иметь инерционный температурный запас недостаточный для надежного функционирование ПН при выведении на орбиту и в орбитальном полете.
Задачей предложенного технического решения является повышение эффективности термостатирования нижней части ПН, находящейся в СЗБ, разделенного перегородкой на верхнюю и нижнюю полости, при низком значении температуры окружающей среды без изменения конструкции РН.
Поставленная задача решается тем, что в способе обеспечения теплового режима полезной нагрузки, размещенной в сборочно-защитном блоке, включающем одновременную подачу через отверстия термостатирующего газового компонента в полости головного обтекателя и переходного отсека, разделенные перегородкой, перетекание вдоль полезной нагрузки и последующее истечение из сборочно-защитного блока термостатирующий газовый компонент в полость переходного отсека сборочно-защитного блока подают через отверстия над или под жестко установленной между ракетой-носителем и полезной нагрузкой теплоизолирующей перегородкой, обеспечивая перетекание потока термостатирующего газового компонента, подаваемого над теплоизолирующей перегородкой в поперечном продольной оси сборочно-защитного блока направлении вдоль нижней части полезной нагрузки и теплоизолирующей перегородки, или обеспечивая перетекание потока термостатирующего газового компонента, подаваемого под теплоизолирующей перегородкой в поперечном продольной оси сборочно-защитного блока направлении вдоль теплоизолирующей перегородки и пристыкованной к торцу космической головной части ракеты-носителя.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве обеспечения теплового режима полезной нагрузки, размещенной в сборочно-защитном блоке, содержащее на головном обтекателе и переходном отсеке сборочно-защитного блока, разделенных перегородкой, отверстия подачи и истечения термостатирующего газового компонента между полезной нагрузкой и ракетой-носителем размещена в поперечном сечении сборочно-защитного блока и жестко закреплена теплоизолирующая перегородка, при этом отверстия подачи и сброса термостатирующего газового компонента в переходном отсеке выполнены над или под теплоизолирующей перегородкой, а на внутренней поверхности сборочно-защитного блока закреплены теплоизолирующие покрытия.
Сущность предложенного способа и устройства обеспечения теплового режима ПН, размещенной в полостях КГЧ РКН поясняется чертежами:
на фиг. 1 представлен общий вид устройства (при расположении отверстий подачи и сброса газового компонента выше теплоизолирующей перегородки);
на фиг. 2 представлен общий вид устройства (при расположении отверстий подачи и сброса газового компонента ниже теплоизолирующей перегородки);
на фиг. 3 представлен выносной элемент А с общего вида на фиг. 1, фиг. 2 (показана многослойная теплоизоляция теплоизолирующей перегородки);
на фиг. 4 представлен выносной элемент Б с общего вида на фиг. 1, фиг. 2 (показана многослойная теплоизоляция головного обтекателя);
на фиг. 5 представлен выносной элемент В с общего вида на фиг. 1 (показана многослойная теплоизоляция переходного отсека).
Предлагаемое устройство обеспечения теплового режима ПН 1, размещенной в полостях СЗБ 2, состоящего из ГО 3 и П×О 4, разделенных перегородкой 5, состыкованного по нижнему торцу П×О 4 с РН 6, содержит на ГО 3 отверстия подачи 7 и истечения 8 термостатирующего газового компонента, а на П×О 4 отверстия подачи 9 и истечения 10 термостатирующего газового компонента, между ПН 1 и РН 6, размещенную в поперечном сечении СЗБ 2 и жестко закрепленную теплоизолирующую перегородку 11, причем отверстия подачи 9 и сброса 10 термостатирующего газового компонента в П×О 4 выполнены над или под теплоизолирующей перегородкой 11, а на внутренней поверхности СЗБ 2 закреплены теплоизолирующие покрытия 12 (фиг. 1, 2, 3, 4, 5). Выполнение расположений отверстий подачи 9 и сброса 10 термостатирующего газового компонента в П×О 4 над или под теплоизолирующей перегородкой 11 определяется положением ПН 1 относительно СЗБ 2.
Предлагаемый способ обеспечения теплового режима ПН 1, размещенной в полостях СЗБ 2, состоящего из ГО 3 и П×О 4, разделенных перегородкой 5, состыкованной по торцу П×О 4 с РН 6, включает одновременную подачу термостатирующего газового компонента в полости ГО 3 и П×О 4 через отверстия подачи термостатирующего газового компонента 7 и 9 соответственно, перетекание вдоль ПН 1 и последующее истечение из СЗБ 2 термостатирующего газового компонента, содержит подачу в полость П×О 4 газового компонента под или над жестко установленную между ПН 1 и РН 6 теплоизолирующую перегородку 11, обеспечивая перетекание потока термостатирующего газового компонента, подаваемого над теплоизолирующей перегородкой 11 в поперечном продольной оси СЗБ 2 направлении вдоль нижней части ПН 1 и теплоизолирующей перегородки 11, или обеспечивая перетекание потока термостатирующего газового компонента, подаваемого под теплоизолирующей перегородкой 11 в поперечном продольной оси СЗБ 2 направлении вдоль теплоизолирующей перегородки 11 и пристыкованной к торцу П×О 4 РН 6 (фиг. 1, 2).
Подача газового компонента в полость П×О 4 над теплоизолирующей перегородкой 11 позволяет улучшить эффективность термостатирования элементов нижней части ПН 1 за счет снижения тепловых потерь газового компонента при теплообмене с поверхностями оболочки П×О 4 и РН 6. Это способствует созданию большего инерционного температурного запаса элементов ПН 1 перед технологическим отключением подачи термостатирующей среды перед стартом РКН, что обеспечит увеличение времени сохранения температуры элементов ПН 1 в требуемом диапазоне значений при отсутствии подачи газового компонента. Теплоизолирующая перегородка 11 способствует снижению указанных тепловых потерь из-за уменьшения площади поверхностей теплообмена газового компонента в П×О 4 и увеличения термического сопротивления поверхностей теплообмена. Увеличение термического сопротивления поверхностей теплообмена достигается за счет использования многослойной теплоизоляции 12 теплоизолирующей перегородки 11, П×О 4 и ГО 3. При решении данной задачи конструкция РН 6 не подвергается изменению.
При подаче термостатирующего газового компонента под жестко установленную между РН 6 и ПН 1 теплоизолирующую перегородку 11 перетекание термостатирующего компонента в поперечном направлении вдоль нижней части ПН 1 отсутствует. В этом случае нижняя часть ПН 1 находится в полости ГО 3 внутри конической полости перегородки 5 СЗБ 2, а теплоизолирующая перегородка 11 располагается на нижнем срезе конуса перегородки 5 на границе ГО 3 и П×О 4. Температура среды под ГО 3 с внешней стороны перегородки 5 имеет более комфортное для ПГ 1 значение, чем среда в П×О 4, из-за того что элементы корпуса П×О 4 и РН 6 со стороны ПН 1, в отличие от ГО 4, не имеют теплоизоляцию. Вследствие этого, температурное состояния газовой среды в зоне нижней части ПН 1 улучшается за счет теплопередачи через коническую часть перегородки 5. Тепловые потери газовой среды в зоне нижней части ПН 1 под конической полостью перегородки 5 при отсутствии теплоизолирующей перегородки 11 определяются в основном потерями при теплообмене с поверхностями оболочки П×О 4 и РН 6. Теплоизолирующая перегородка 11 способствует снижению указанных тепловых потерь из-за уменьшения площади поверхностей теплообмена газового компонента внутри конической полости перегородки 5 и увеличения термического сопротивления поверхностей теплообмена. Увеличение термического сопротивления поверхностей теплообмена достигается за счет использования многослойной теплоизоляции 12 теплоизолирующей перегородки 11 и ГО 3. Также для сокращения указанных тепловых потерь в полость П×О 4 под теплоизолирующую перегородку 11 подается термостатирующий газовый компонент, который уменьшает разность температур между газовой средой в зоне нижней части ПН 1 и средой в П×О. В данном случае конструкция РН 6 также не подвергается изменению.
Предлагаемые способ и устройство повышения эффективности термостатирвания ПН просты в использовании, надежны, их высокие эксплуатационные свойства подтверждены успешной работой в эксплуатирующих организациях.
1. Способ обеспечения теплового режима полезной нагрузки, размещенной в сборочно-защитном блоке, включающий одновременную подачу через отверстия термостатирующего газового компонента в полости головного обтекателя и переходного отсека, разделенные перегородкой, перетекание вдоль полезной нагрузки и последующее истечение из сборочно-защитного блока, отличающийся тем, что термостатирующий газовый компонент в полость переходного отсека сборочно-защитного блока подают через отверстия над или под жестко установленной между ракетой-носителем и полезной нагрузкой теплоизолирующей перегородкой, обеспечивая перетекание потока термостатирующего газового компонента, подаваемого над теплоизолирующей перегородкой в поперечном продольной оси сборочно-защитного блока направлении вдоль нижней части полезной нагрузки и теплоизолирующей перегородки, или обеспечивая перетекание потока термостатирующего газового компонента, подаваемого под теплоизолирующей перегородкой в поперечном продольной оси сборочно-защитного блока направлении вдоль теплоизолирующей перегородки и пристыкованной к торцу космической головной части ракеты-носителя.
2. Устройство обеспечения теплового режима полезной нагрузки, размещенной в сборочно-защитном блоке, содержащее на головном обтекателе и переходном отсеке сборочно-защитного блока, разделенных перегородкой, отверстия подачи и истечения термостатирующего газового компонента, отличающееся тем, что между полезной нагрузкой и ракетой-носителем размещена в поперечном сечении сборочно-защитного блока и жестко закреплена теплоизолирующая перегородка, при этом отверстия подачи и сброса термостатирующего газового компонента в переходном отсеке выполнены над или под теплоизолирующей перегородкой, а на внутренней поверхности сборочно-защитного блока закреплены теплоизолирующие покрытия.
