Глава 4 тепловое проектирование.

Понятие СТР и СОТР.

Система обеспечения температурного режима (СОТР) — служебная система космического аппарата, обеспечивающая поддержание баланса между получаемой тепловой энергией и её отдачей, перераспределением тепловой энергией между конструкциями аппарата и таким образом обеспечением заданной температуры.

Системы обеспечения тепловых режимов можно классифицировать по ряду признаков, в частности (рис. 4.1) [2]:

– по допустимому диапазону температур элементов и узлов

– на системы охлаждения и системы термостабилизиции;

– по месту установки – на наземные, корабельные, самолётные, ракетные, космические;

– по роду рабочего вещества (теплоносителя)

– на воздушные (газовые), жидкостные, испарительные;

– по основному виду теплопередачи

– на конвективные (которые в свою очередь подразделяются на системы с естественной и вынужденной конвекцией), кондуктивные, у которых отвод тепла осуществляется за счѐт теплопроводности и системы, основанные на фазовых превращениях рабочего тела (кипение, плавление, сублимация);

– по характеру контакта теплоносителя с источником тепла- на системы прямого и косвенного действия. В системах прямого действия теплоноситель непосредственно омывает источник тепла, в системах косвенного действия теплоноситель и источник тепла связаны через элементы конструкции или через специальные тепловые мосты; - по охвату узлов радиоэлектронного устройства

– на общие и локальные; в последнем случае охлаждаются отдельные теплонагруженные элементы (узлы) аппарата;

– по связи теплоносителя с окружающей средой

– на замкнутые и разомкнутые: в разомкнутых системах отработанный (нагретый) теплоноситель удаляется из системы и больше не используется; в системах, работающих по замкнутому циклу, нагретый теплоноситель охлаждается и вновь используется, в этом случае система должна иметь дополнительный контур для охлаждения теплоносителя, которое осуществляется в специальном теплообменнике;

Рисунок 4.1 Классификация систем обеспечения тепловых режимов

Одна из главных технических систем КА всех типов — система терморегулирования (СТР), предназначенная для выполнения следующих задач:

• отвод избыточной теплоты от членов экипажа и аппаратуры в открытый космос;

• поддержание температурно-влажностного режима внутри герметичного отсека;

•очистка атмосферы от пыли и мелких частиц.

С помощью внутреннего гидравлического контура, который отводит избыточную теплоту в наружный гидравлический контур, СТР обеспечивает поддержание температуры внутри герметичного отсека. Сброс теплоты в открытый космос осуществляется посредством радиационного теплообменника (РТ), входящего в наружный контур (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 Принципиальная технологическая схема СТР

 

 ГО — герметичный отсек; ТОА — теплообменные аппараты; ОЗ — обитаемая зона; ТЗ — технологическая зона; СТ — связующий теплообменник; I — внутренний контур (ВК); II — наружный контур (НК)

Принципиальная технологическая схема, состоящая из внутреннего I и наружного II гидравлических контуров, объединенных между собой связующим теплообменником (СТ), представлена на рисунке выше. Сброс теплоты в космическое пространство осуществляется посредством РТ.

Из всей номенклатуры агрегатов, входящих в СТР наибольшую массу имеет РТ. Расчеты показывают, что вследствие невысокой температуры хладагента (17…25 °C), циркулирующего в наружном контуре, площадь РТ может достигать 130 м2 при отводимой тепловой мощности 12…14 кВт. При этом его масса составляет около 1 200 кг.

Радиационный теплообменник представляет собой набор тепловых труб, не связанных внутренними полостями, которые приварены к алюминиевой панели, выполняющей роль оребрения (рис.4.3).

Рисунок 4.3 Элемент конструкции РТ

1 — лист панели РТ; 2 — тепловая труба; 3 — сварные точки; 4 — капиллярная структура

Такая конструкция обеспечивает низкую вероятность пробоя и разгерметизацию трубопроводов наружного контура СТР и равномерное распределение температуры и теплоты по поверхности РТ. В этом случае разгерметизация отдельной тепловой трубы практически не влияет на характеристики РТ, так как теплота все равно будет поступать в эту зону теплообменника от соседних тепловых труб. Тепловые трубы РТ изготавливаются из специального алюминиевого профиля с внутренней капиллярной структурой. Для обеспечения минимального термического сопротивления между тепловыми трубами и листовой панелью РТ тепловые трубы привариваются к ней точечной сваркой с перекрытием сварных точек [3].