Размещено на http://allbest.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова» (БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова)

отчет

о прохождении учебной практики

Системы терморегулирования космических аппаратов

направлению/специальности Ракетные комплексы и космонавтика

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2018 г.

Реферат

Отчет посвящен системам обеспечения теплового режима космических аппаратов. Он содержит информацию о назначении СОТР и их видовом разнообразии. Также вкратце рассмотрено устройство и принципы работы СОТР.

Ключевые слова: космический аппарат (КА), тепловой режим космического аппарата, система обеспечения теплового режима (СОТР), теплозащита, система терморегулирования (СТР).

Отчет содержит 14 стр., 3 рис., 1 табл., 2 ист..

Содержание

Введение

1. Системы обеспечения теплового режима космических аппаратов

1.1 Назначение и виды СОТР КА

1.2 Характеристика СПТР

2. Принципы построения систем терморегулирования

Заключение

Список использованных источников

Введение

Любой космический полет характеризуется весьма сложными температурными условиями. Так, если температура атмосферы и тел в ней в различных климатических зонах Земли может колебаться в пределах от -70 до +50 ?, то температура поверхности космического аппарата при околоземных полетах может изменяться в пределах от -150 до +150 ?, что губительно для бортовой аппаратуры, нормальным условием работы которой является диапазон температур от 0 до +40 ?, а для некоторой аппаратуры и более узкий. Поэтому, одной из наиболее важных и сложных задач при разработке космических аппаратов является обеспечение тепловых режимов бортовой аппаратуры и среды обитания экипажа.

Системы обеспечения теплового режима (СОТР) относятся к числу жизненно важных бортовых систем космического аппарата. Их развитие началось относительно недавно, с появлением первых искусственных спутников Земли. В настоящее же время СОТР характеризуются большим разнообразием.

1. Системы обеспечения теплового режима космических аппаратов

1.1 Назначение и виды СОТР КА

1.2 Характеристика СПТР

В качестве систем пассивного терморегулирования используются:

- Терморегулирующие покрытия;

- Термопроводники;

- Термосопротивления;

- Тепловые аккумуляторы;

- Тепловые экраны.

Терморегулирующие покрытия наносятся на поверхность космического аппарата или отдельные его элементы с целью обеспечения требуемого коэффициента поглощения солнечного излучения и степени черноты поверхности. За счет выбора терморегулирующего покрытия можно изменять температуру поверхности КА и тем самым создавать условия для подвода и отвода теплоты от его внешних элементов. Оптические характеристики покрытий, используемых на КА, указаны в таблице 1 (Табл.1).

табл.1 - Оптические характеристики покрытий [1]

Термопроводники представляют собой устройства, обеспечивающие увеличение теплообмена теплопроводностью между элементами КА. Как правило, они изготавливаются в виде стержней из материалов с высокой теплопроводностью, таких как медь и алюминий.

Теплосопротивления же наоборот предназначены для уменьшения теплообмена теплопроводностью между элементами КА. Обычно они представляют из себя прокладки из материалов с низкой теплопроводностью (асбест, поливинилхлорид и т.д.).

Тепловые аккумуляторы - устройства, обеспечивающие накопление избыточной тепловой энергии с целью стабилизации температуры элементов КА или теплоносителей.

Как правило, принцип действия тепловых аккумуляторов основывается на использовании рабочих веществ, температура плавления которых близка к номинальной температуре элементов космического аппарата. При увеличении тепловыделения внутри элемента происходит плавление рабочего вещества.

При снижении тепловыделения рабочее вещество наоборот переходит из жидкого состояния в твердое. Так как эти процессы протекают при постоянной температуре, обеспечивается стабилизация температур элементов КА вблизи номинального значения.

Тепловые экраны предназначены для уменьшения лучистого теплообмена КА с внешней средой путем отражения лучистых тепловых потоков. Более широкое применение для обеспечения требуемого теплового режима получила экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ). Она состоит из 10-100 тепловых экранов, в пространстве между которыми поддерживается вакуум (Рис.1).

Рис.1 - экранно-вакуумная изоляция.

В качестве слоев ЭВТИ используется полиэтилентерефталатная пленка (ПЭТФ) с напылением алюминия, меди или золота, или алюминиевая фольга. Между экранами устанавливаются прокладки из стекловолокна. Экраны сшивают между собой и снаружи покрывают тканью ТСОН-3, являющейся силовым элементов ЭВТИ. Основные достоинства ЭВТИ - малая масса и простота установки. [1]

2. Принципы построения систем терморегулирования

В общем случае СТР включает в себя:

- Средства принудительного обмена между окружающей средой и элементами космического аппарата;

- Средства регулирования температуры (средства автоматики).

Как правило, работа СТР сводится к отводу тепла в окружающее пространство, так как на борту имеется его избыток. Но для отдельных отсеков КА на теневых участках орбиты возможно сильное снижение температуры, и в этом случае роль СТР - подвод тепла от отсеков с избыточным теплом или специальных подогревателей к этим отсекам. Непосредственное регулирование температуры всех элементов невозможно, поэтому основная цель регулирования температурного режима - стабилизация теплового состояния ограниченного числа элементов и отсеков КА и организация тепловых связей с ними других элементов.

В зависимости от способа теплообмена КА с окружающей средой выделяют два типа систем терморегулирования: испарительные СТР и радиационные СТР. Испарительные СТР (Рис.2) осуществляют сброс тепла в окружающее пространство за счет использования теплоты парообразования рабочего тела и выброса его за борт КА. Достоинством такой СТР является надёжность системы и простота. Основной недостаток - расход хладагента. Из-за этого испарительные СТР используются либо в качестве дополнительных систем, либо на космических аппаратах с малым сроком активного функционирования. Выделяемое работающими приборами 1 тепло передается заполняющему отсек газу. Вентилятор 11 прокачивает газ отсека через теплообменник-испаритель 9, в который подается хладагент. Испарившийся хладагент через редукционный клапан 10 выбрасывается за борт КА.

Рис.2 - принципиальная схема испарительной СТР:

1-приборы, 2-блок управления, 3-датчик температуры газа, 4-баллон с газом, 5-электропневмоклапан, 6-редуктор, 7-запас хладагента, 8-вентиль, 9-теплообменник-испаритель, 10-редукционный клапан, 11-вентилятор. [1]

Как правило, в качестве хладагента используется вода с большой теплотой парообразования. Необходимая температура испарения хладагента обеспечивается путем поддержания определенного давления в теплообменнике-испарителе 9 за счет редукционного клапана 10. Температура газа в отсеке, замеряемая датчиком температуры газа, является регулирующим параметром. Информация от датчика 3 передаётся на блок управления 2, а он в свою очередь изменяет расход хладагента через теплообменник-испаритель 9. В радиационных СТР сброс или подвод тепла обеспечивается за счет лучистого теплообмена омываемого теплоносителем радиатора с окружающей средой. В отличие от испарительных СТР, они нашли более широкое применение в СОТР КА, а также принципы их построения и функционирования отличаются большим разнообразием. Классификация радиационных СТР представлена на рисунке 3 (Рис.3).

Рис.3 - Классификация радиационных СТР. [1]

СТР с газовым контуром нашла очень широкое применение с автоматических КА. Достоинствами такой СТР являются простота и малая масса при малых тепловыделениях внутри КА. Корпус отсека одновременно служит радиатором СТР и газ заполнения отсека одновременно является теплоносителем, что позволяет достичь малой массы.

Однако существенным недостатком такой системы является малая теплоемкость газа, поэтому при большом тепловыделении приборов происходит очень большой расход газа и потребление электрической мощности вентилятора. Кроме того, из-за низкого коэффициента теплоотдачи между газом и стенкой при больших тепловыделениях требуется большая площадь корпусного радиатора, омываемая газом.

СТР с жидкостным контуром используется для поддержания требуемого теплового режима отдельных элементов космического аппарата (например, для отвода тепла от энергоустановок) и для терморегулирования приборов и агрегатов, расположенных вне герметичных отсеков. Высокая плотность жидкости и ее плохая совместимость с приборами не позволяют непосредственно заполнять отсеки КА жидким теплоносителем. Достоинство СТР с жидкостным контуром - способность работать при очень больших тепловых нагрузках из-за высокой теплоемкости и коэффициента теплоотдачи жидкого теплоносителя. Недостаток таких систем - необходимость наличия специальной рубашки охлаждения в каждом приборе, что приводит к увеличению массы.

В СТР с газожидкостным контуром используются сразу два теплоносителя - газ и жидкость. Первый заполняет гермоотсек с приборами, второй циркулирует по специальному гидравлическому контуру. Для снижения нерегулируемого теплообмена газа с окружающей средой корпус отсека, как правило, покрывают теплоизоляцией. Такую систему используют в основном для обеспечения теплового режима приборов со средним тепловыделением.

СТР с тепловыми насосами позволяет избежать общего недостатка предыдущих систем - достаточно больших потребных габаритов радиатора. Тепловые насосы позволяют переводить тепловой поток перед радиатором с низкого температурного уровня на высокий. Однако существенным недостатком таких СТР является большая потребная мощность тепловых насосов и, как следствие, большая дополнительная масса энергоустановки КА. тепловой космический терморегулирование

В СТР с тепловыми трубами передача тепла от приборов и агрегатов к радиатору осуществляется с помощью тепловых труб. Они представляют собой герметичную трубку с рабочим телом, покрытую изнутри смачиваемой капиллярно-пористой структурой (сеткой или пористым веществом). Один конец тепловой трубы контактирует с тепловыделяющим элементом, а другой - с радиатором. Физические параметры внутри тепловой трубы подбираются таким образом, чтобы часть рабочего тела, заполняющего капиллярно-пористую структуру, находилась в жидкой фазе. В горячей части тепловой трубы будет происходить испарение рабочего тела, а в холодной - его конденсация. При этом пар из зоны испарения будет перемещаться в зону конденсации, а жидкость по структуре будет поступать из зоны конденсации в зону испарения. В результате этого тепло от тепловыделяющих элементов будет расходоваться на испарение теплоносителя и передаваться радиатору при конденсации рабочего тела. Основные достоинства СТР с тепловыми трубами - высокая плотность передаваемого теплового потока и отсутствие подвижных механических частей. [2]

Заключение

Системы обеспечения теплового режима космических аппаратов являются неотъемлемой частью любого космического аппарата. Несмотря на то, что космические полеты сопровождаются очень сложными условиями, современные технологии позволяют преодолеть практически любые трудности.

В данной работе было рассмотрено назначение и роль систем обеспечения теплового режима в функционировании КА, их видовое разнообразие, основные характеристики и принципы работы. Хоть СОТР КА появились не так давно, их развитие уже достигло внушительных результатов, и не прекращается до сих пор. Продолжают появляться современные перспективные проекты, открывающие новые горизонты.

Список использованных источников

1. Система обеспечения теплового режима космического аппарата: Учебное пособие / В.Д. Атамасов [и др.]. - М.: Министерство обороны РФ, 2003. - 71 с.

2. Малоземов, В.В. Тепловой режим космических аппаратов / В.В. Малоземов. - М.: Машиностроение, 1980. - 232 с. - С. 8-15.

Размещено на Allbest.ru