5. СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА
Тип системы обеспечения теплового режима (СОТР) выбирается на ранней стадии проектирования КА. Вместе с выбором типа СОТР определяются предварительные технические решения по обеспечению тепловых режимов отсеков и агрегатов, а также проводятся расчеты основных показателей качества.
5.1. Назначение, типы и состав системы обеспечения теплового режима
СОТР обеспечивает тепловые режимы КА. Она поддерживает заданные температуры в приборных отсеках, агрегатах комплексной двигательной установки, топливных баках, аккумуляторных батареях, приборах, конструкциях антенн, целевых системах и прочих устройствах. Работает СОТР не только в полете, но и при наземных испытаниях.
При выборе типа и состава СОТР следует сформулировать ее полное назначение. В полном назначении перечисляются диапазоны температур, которые необходимо поддерживать на различных режимах работы КА в его отсеках и агрегатах.
Нужно иметь в виду, что СОТР обеспечивает не только сброс теплоты, но и нагрев некоторых агрегатов и систем, например, двигательной установки.
К общим задачам проектирования относят сброс теплоты при помощи СОТР малой массы и размеров, поддержание температуры в узком диапазоне, обеспечение равномерного поля температур.
Анализ работы СОТР базируется на трех основных, а также сложных видах теплообмена. К основным видам теплообмена относятся: теплопроводность (передача теплоты от более нагретой части тела к менее нагретой), конвекция (перенос теплоты движущейся средой) и излучение (перенос теплоты от более нагретого тела при помощи электромагнитных волн). Сложные виды теплообмена: теплоотдача и теплопередача. Теплоотдача – обмен теплотой между поверхностью и движущейся средой. Теплопередача – обмен теплотой между двумя жидкостями через разделяющую стенку.
На КА устанавливаются следующие СТР:
1) Газожидкостные (одноконтурная, двухконтурная, многоконтурная).
2) Газовые.
3) На основе тепловых труб.
4) Комбинированные и др.
СОТР состоит из системы терморегулирования (СТР) и теплозащитных покрытий (ТЗП).
Обычно основную массу теплозащитных покрытий составляет масса экрано-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ). Тогда массу СОТР можно представить в виде суммы массы СТР и ЭВТИ:
.
Масса ЭВТИ
, где удельная масса ЭВТИ из многослойной
фольги 
=1,0 кг/м2 при 10 слоях и =1,2
кг/м2 при 15 слоях.
Удельная масса изоляции ПЭТФ составляет (0,2…0,3) кг/м2 при 10 слоях и (0,3…0,4) кг/м2 при 15 слоях.
В СОТР применяются аккумуляторы теплоты, радиаторы , перегретый пар, тепловые трубы, тепловые мосты и пр. На некоторых КА СОТР обеспечивает тепловые режимы без герметизации контейнеров.
Предварительный выбор типа систем проводится на основе анализа возможностей обеспечивать заданные требования, сравнения их показателей, а также учета достоинств и недостатков; окончательный – на основе критериев качества.
Следует иметь в виду, что большое количество теплоты эффективнее отводить при помощи газожидкостной СТР. Система этого типа позволяет обеспечить узкие диапазоны температур, в (1..2)0С.
Относительно небольшие тепловые потоки можно сбрасывать при помощи газовой СТР. Она обеспечивает диапазон температур в гермоотсеке в десяток и более градусов Цельсия.
Использование тепловых мостов целесообразно при малых тепловых потоках и широком диапазоне рабочих температур (десятки градусов).
В состав типовых СТР входят: теплоносители, насосы, вентиляторы, теплообменники, распределители тепловых потоков (газоводы, трубопроводы, краны, клапаны и др. арматура), тепловые радиаторы, аккумуляторы тепла, регуляторы, нагреватели, тепловые мосты, тепловые трубы и пр. элементы. Списочный состав элементов СТР приведен для удобства составления массового уравнения.
5.2. Работа газовой системы терморегулирования. Массовое уравнение.
Принципиальная схема газовой СТР приведена на рис.5.1. Эта система отводит теплоту как во время полета, так и в процессе наземных испытаний. Система состоит из гермоконтейнера - 1, вентилятора –2, регулятора – 3, аппаратуры –4, газожидкостного теплообменника – 5, газовода –6 и теплового радиатора –7. Гермоконтейнер заполнен нейтральным газом (обычно азотом), выполняющим роль теплоносителя. Трубопроводы газожиткостного теплообменника заполняются жидким теплоносителем.
Отвод теплоты во время полета происходит следующим образом. Вентилятор прокачивает азот через аппаратуру и газовод. Теплоту, образовавшуюся от нагрева аппаратуры азот «забирает», и передает тепловому радиатору, через который происходит тепловое излучение в космическое пространство. Для уменьшения теплобмена через корпус гермоконтейнер закрыт ЭВТИ. Отвод теплоты регулируется включением и выключением вентилятора автоматическим регулятором. Диапазон рабочих температур обычно лежит в пределах от 0º до 500С.
Отвод теплоты из гермоконтейнера в процессе наземных испытаний осуществляется посредством газожидкостного теплообменника (ГЖТ). В полете ГЖТ не работает. Поэтому СОТР названа «газовой».
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
