Экспериментальные и расчетные исследования перспективных двухфазных систем обеспечения теплового режима космических аппаратов и их элементов

• Автор: Храмов, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

• Оглавление.

Гпава 1. Аналитический обзор тенденций развития СТР КА

. 1.1. Современные разработки ДФК для СТР КА

1.2. Анализ современного состояния разработок по двухфазным системам терморегулирования космических аппаратов и целевой аппаратуры

1.3. Состав двухфазного контура терморегулирования

1.4. Проект ДФК в качестве ЦСТО РС МКС

, 1.5. Структурные схемы построения пассивных СТР КА с использованием ТТ.

Гпава 2. Аммиак как теплоноситель в ДФ СТР КА

1 2.1. Обоснование выбора аммиака в качестве теплоносителя ДФ СТР КА

( 2.2. Аммиак как теплоноситель
2.3. Технические требования к аммиаку особой чистоты
2.4. Влияние микроппимесей в аммиаке на работу ДФК
2.5. Методы контроля чистоты аммиака
2.6. Применение ИК — спектрометра высокого разрешения к анализу аммиака на содержание примеси воды
2.7. Очистка аммиака от микропримесей
' 2.8. Подготовка поверхностей к заправке аммиаком особой чистоты
2.9. Устройство для яаправки ЛФК аммиаком особой чистоты
* Гпава 3. Исследования пассивных СТР КА и ТТ для СТР КА
3.1. Область применения ТТ в СТР КА
3.2. Технология изготовления аммиачных ТТ
3.3. Тепловые испытания ТТ
3.4. Расчетные и экспериментальные исследования силовой сотовой панели с ТТ
3.5. Экспериментальные исследования тепловой трубы с тепловым гидроаккумулятопом
, Гпава 4. Экспериментальная отработка ДФ СТР КА
4.1. Цели экспериментальных исследований ДФК на установке ЛЭУ-1М
' I 4.2. Схема летной экспериментальной установки ЛЭУ-1м
! 4.3. Система управления и измерений
^ 4.4. Результаты наземных экспериментов
4.5. Полученные результаты наземных исследований и их анализ
4.6. Результаты летных исследований и их анализ
4.7. Сравнительный анализ результатов летных и наземных экспериментов.
Выводы
Список использованных источников
Список сокращений и основных условных обозначений.
КА - космический аппарат,
СОТР - система обеспечения теплового режима,
ТТ - тепловая труба,
РС МКС - российский сегмент международной космической станции, ДФК - двухфазный контур,
ЦСТО — Централизованная система теплоотвода,
РТО - радиационный теплообменник,
ТГА - гидроаккумулятор с тепловым регулированием,
ССП - силовая сотовая панель с тепловыми трубами,
ЛЭУ - летная экспериментальная установка,
ИК - инфракрасный,
НКГ - неконденсирующиеся газы,
ДЗЗ - дистанционное зондирование Земли,
ОКС - орбитальная космическая станция,
ОФ - однофазный,
ДФ - двухфазный,
СТР - система терморегулирования,
ДФККН - двухфазный контур с капиллярным насосом,
КН - капиллярный насос, осч - особая чистота,
СОЖ - смазывающе - охлаждающая жидкость,
ИФС - инфракрасный Фурье - спектрометр,
ЭВТИ - экранно-вакуумная теплоизоляция,
ТИБ - тепловой имитатор блока оборудования,
ЭН - электронагреватель,
ТО - теплообменник,
ЭМК - электромагнитный клапан,
ТП - термоплата,
Яе - число Рейнольдса,
Цц - число Нуссельта,
Рг - число Прандтля,
1а - число Якоба,
ЭНА - электронасосный агрегат,

<3 - тепловой поток,
О - массовый расход, г/с, с - теплоемкость, относительная концентрация,
Т - температура,
г - скрытая теплота парообразования, радиус, х — координата, массовое паросодержание,
N - электрическая мощность,
Ь - длина,
К - удельный коэффициент теплопереноса, коэффициент теплоотдачи, коэффициент поглощения, проницаемость пористого фитиля,
М - масса,
г) - коэффициент полезного действия,
0 - безразмерная температура, угол,
X. - коэффициент теплопроводности, Вт/Км, р - динамическая вязкость, р - плотность,
а - коэффициент теплообмена, летучести, р - коэффициент теплового расширения,
8 - толщина пластины,
<р - угол,
V - волновое число,
т - оптическая плотность, время, а - коэффициент поверхностного натяжения, р - давление,
1 — интенсивность излучения,
у — полуширина линии поглощения,
А, Б - площадь,
к - постоянная Больцмана,
q - плотность теплового потока,
Я — универсальная газовая постоянная, термическое сопротивление, а - скорость звука, коэффициент температуропроводности,
А, В, С - коэффициенты,
V - объем.
Осмотический насос представляет собой полупроницаемую мембрану, к которой приложен электрический потенциал. Он обеспечивает циркуляцию раствора, например сульфата аммония в воде.
Первые два варианта объединяют одни и те же преимущества (высокий ресурс, отсутствие внешнего электропотребления, саморегулирование) и недостатки (малый напор, необходимость использования транспортных трубопроводов большого диаметра).
Компрессорная насосная система позволяет повысить температуру сбрасываемого тепла за счет реализации холодильного цикла, уменьшить площадь радиатора, однако требует существенных затрат энергии.
Механические насосы для ДФК потребляют малую мощность и имеют небольшую массу. Может быть использован богатый опыт создания и эксплуатации таких насосов в жидкостных контурах КА. ДФК с механическим насосом устойчив, в нем легко осуществить активное регулирование. Однако механический насос остается критическим элементом контура с точки зрения надежности.
Биморфный насос использует пьезоэлектрический эффект. Изгибные деформации пластинок при подаче на них переменного потенциала приводят к изменению объема камеры насоса. КПД насоса (4... 10%) во многом определяется вязкостью теплоносителя.
1.4. Проект ДФК в качестве ЦСТО РС МКС.
В ходе проведения работ по разработке СТР ОС «Мир-2», а позже СТР РС МКС,
принято решение использовать в качестве основного элемента СТР централизованную систему теплоотвода, представляющую собой двухфазный контур теплопереноса мощностью 30кВт с насосной прокачкой теплоносителя [20]. Принцип построения СТР таков: однофазные системы терморегулирования модулей РС МКС сбрасывают тепло через интерфейсные теплообменники в двухфазный контур ЦСТО. Максималь-