Другие предметы \ Испытание и контроль средств измерительной техники

Особенности имитации условий космического пространства при наземных испытаниях, страница 9

3) явления поверхностные, обусловленные интенсивностью потока частиц на исследуемые поверхности (испарение, сублимация, трение, адгезия и др.).

Для явлений первой группы определяющим параметром является перепад давлений.

Для второй - объемная концентрация частиц.

Для третьей - поток частиц на исследуемые поверхности.

В таблице 3.1.1. приведены рекомендации по выбору давлений, необходимых для воспроизведения космических вакуумных условий при исследовании различных физических явлений в модельных условиях. Указанные давления можно рассматривать лишь как ориентировочные. Более точно давления определяются в каждом конкретном случае моделирования, исходя из определенных (кинетических и др.) соотношений, свойственных исследуемым явлениям.

Обычно при рассмотрении каждого конкретного явления существует несколько условий, на основании которых можно подойти к выбору давления, необходимого для моделирования воздействия вакуума. Одно из них может считаться общим, а остальные — вспомогательными. Для явления 2 и 3-й групп в качестве общего условия принимают следующее: отсутствие столкновений между частицами в объеме, определяемое соотношением l >> L0, т. е. когда величина среднего свободного пробега частиц остаточных газов намного превышает характеристический линейный размер системы или области занятой исследуемым процессом.

Вспомогательные условия выбирают отдельно для каждого явления или процесса, исходя из определенных соотношений, характерных для каждого указанного явления в отдельности.

Иногда вспомогательных условий может быть не одно, а несколько. Каждое из условий приводит к определенному значению давления. При комплексных работах требуемое значение давления выбирается наиболее низким из ряда давлений, определенных для различных условий моделирования.

Для моделирования воздействия изменений перепада давлений на прочность конструкции космического корабля требуются давления порядка 10…10-3 торр.

Для грубых оценок герметичности испытания можно проводить вначале не в вакууме, а в условиях избыточного давления, так, чтобы перепад давлений между герметичной полостью или отсеком и окружающим пространством был равен одной атмосфере. Однако затем необходимо проведение контрольных (поверочных) испытаний в условиях высокого вакуума (~10-6…10-7 торр) для учета возможности возникновения микронеплотностей при сублимации материала.

Для исследования тепловых режимов космических аппаратов требуются:

Ø  давления порядка ~10-3…10-5 торр,

Ø  обеспечение высокой степени черноты внутренней поверхности установки и ее охлаждение сжиженными газами (≤ 100 К).

Подпись: Таблица 3.1.1. Давления, требуемые для воспроизведения в лабораторных условиях различных физических явлений, происходящих в космосе № п/п Исследуемое явление Необходимое давление 1 Механическая прочность герметичных корпусов КА при воздействии перепада давлений ~ 103 Па (10 торр) 2 Вибрация КА (отсутствие демпфирования окружающей атмосферой) ≤ 10-1 Па (10-3 торр) 3 Теплопередача излучением Ниже 10-2 Па (10-4 торр) 4 Комплексное моделирование условий космоса Ниже 10-5 Па (10-7 торр) 5 Электрофизические явления в диэлектриках; электрические разряды в газах Ниже 10-2 Па (10-4 торр) 6 Физические свойства материалов, конструктивная прочность, ползучесть, внутреннее демпфирование и т. п. Ниже (10-6 торр) в зависимости от давления насыщенных паров исследуемых материалов 7 Работа ионных и плазменных двигателей Ниже 10-5 Па (10-7 торр.) 8 “Холодная” сварка Ниже 10-5 Па (10-7 торр) Массопотери: 9 Испарение* Длина среднего свободного пробега молекул должна быть большей характеристического размера камер. Низкий коэффициент возврата. 10-3–10-4 Па 10 Сублимация* То же 11 Деструкция молекул* <10-1 Па (10-3 торр) и большая скорость откачки 12 Окклюзия газов* То же 13 Абсорбция* То же 14 Адсорбция* 10-5…10-12 Па (10-7…10-14 торр) 15 Химическое взаимодействие остаточного газа с материалом поверхности* 10-5…10-12 Па (10-7…10-14 торр) 16 “Сухое” трение* 10-5…10-12 Па (10-7…10-14 торр) Примечание. В случаях, отмеченных звездочкой, кроме величины давления, необходимо в каждом конкретном случае при моделировании выдерживать соотношение между скоростью окислительных и восстановительных процессов. Кроме того, для исследования ряда поверхностных явлений применительно к космическому вакууму необходимо моделировать (или оценивать) вклад остаточных газов, находящихся в атомарном состоянии, ввиду различия скоростей поверхностных реакций для газа, находящегося в молекулярном и атомарном состояниях. Воздействие разности скоростей эти реакций на физико-химические и химические процессы, проходящие при трении и других поверхностных явлениях, в настоящее время изучено недостаточно.

Это обусловлено тем, что теплообмен с окружающей средой при таких давлениях осуществляется практически только путем радиационного обмена. При таких давлениях теплопроводность остаточного газа будет незначительна ( ≤ 1%) по сравнению с величиной радиационного теплообмена.

При этом подразумевается, что воздействия более низких давлений на поверхностные элементы систем регулирования температуры (терморегулирующие покрытия и т. п.) должны быть исследованы отдельно (давление выбирается в соответствии с требованиями для исследования поверхностных явлений).

Экспериментальные исследования свидетельствуют о влиянии размеров и степени газоотделения исследуемых объектов на относительную роль теплопередачи излучением по сравнению с теплопроводностью и конвекцией.

Так, для испытаний объектов малых размеров и с малой степенью газоотделения (например, открытой многослойной изоляции см. рисунок 3.1.4) требуются давления ~10-4…10-5 торр, в то время как крупногабаритные объекты с большим газоотделением могут испытываться с целью определения теплового режима при давлениях не выше ~10-з торр. Исследования электрических разрядов в вакууме требуют давлений ~10-7…10-9 торр, “безмасляной” откачки и наличия устройств, имитирующих воздействие других условий космоса (например, потоки заряженных частиц).

Скачать файл