Приведены климатические характеристики газотурбинного привода Д-336-2 с системой охлаждения входного воздуха на основе испарительных панелей.

Решена задача проектирования экспериментального стенда, предназначенного для исследования теплогидравлических процессов в системе терморегулирования телекоммуникационного спутника. В системе терморегулирования используется двухфазный контур теплопереноса с вынужденной прокачкой теплоносителя. Приведено описание стенда, его элементов оборудования, результаты экспериментальных исследования. В эксперименте исследовались теплогидравлические процессы в системе терморегулирования, обусловленные резким изменением тепловыделения приборов. По результатам экспериментов сформулированы выводы, направленные на повышение эффективности системы.

Предложено схемное решение парокомпрессионной холодильной машины с соленоидным клапаном в качестве регулятора расхода хладагента. Представлены результаты экспериментальных исследований работы холодильной машины в летний и зимний период времени. Цель экспериментальных исследований - анализ работоспособности и энергопотребления холодильной машины. Показано, что в летний период времени установка работает в нормальном режиме, в зимний период времени замена терморегулирующего вентиля на соленоидный клапан позволяет уменьшать температуру конденсации при снижении температуры окружающей среды. В результате и энергопотребление компрессора и холодильной машины в целом уменьшается. Определено, что оттаивание горячими парами хладагента в зимний период времени не работает в данном схемном решении.

Проанализирован переход от традиционной холодильной машины с терморегулирующим вентилем (ТРВ) к холодильной машине с соленоидным клапаном. Показано, что замена ТРВ на соленоидный клапан позволит снизить энергопотребление, количество заправляемого в систему хладагента, а также позволит отказаться от некоторых элементов, которые используются в традиционных холодильных машинах (жидкостного ресивера, нагревателей (тэнов) подсистемы оттайки и др.), что существенно удешевит холодильную машину, повысит ее надежность, энергоэффективность, экологическую безопасность.

Представлены результаты моделирования собственных частот колебаний элементов конструкции гидравлического аккумулятора (ГА). Проанализированы два варианта опор и различные способы учета масс внутреннего наполнения аккумулятора. Выяснено, что с минимальными частотами колеблются тонкостенные элементы конструкции и трубка нагревателя - около 175 и 346 Гц соответственно. Показано, что способ установки ГА на опорах не оказывает существенного влияния на собственные частоты колебаний критических элементов - трубки и тонкостенных дисков. При различных способах учета присоединенных масс существенно отличаются собственные частоты трубки-нагревателя - 233 и 143 Гц. Представлены схема испытательного стенда и сравнение результатов испытаний физической модели фрагмента внутреннего наполнения ГА и моделирования.

Представлен опыт по оптимизации конструкции ТГА, предназначенного для поддержания режимных параметров системы термостатирования космического аппарата в условиях жестких ограничений по массе, объему, габаритам и используемому материалу для изготовления элементов конструкции; условиям внешних и внутренних воздействий. Внимание уделено выбору толщин корпусных деталей, размещению и параметрам сварных швов. В результате проведенных исследований удалось предложить конструкцию, способную функционировать на орбите и выдержать перегрузки, связанные с выводом на орбиту.

Проанализирована работа двухфазного контура теплопереноса (ДФК) для систем терморегулирования космических аппаратов (СТР КА) при больших тепловых нагрузках. Рассматривается процесс увеличения тепловой мощности вплоть до максимальной в условиях полного заполнения гидроаккумулятора жидкостью. Исследование выполнено на экспериментальном ДФК с теплоносителем аммиак. Рассмотрены переходные процессы, связанные с увеличением тепловой нагрузки от 73 % до 100 %. По результатам анализа сделаны выводы по работоспособности СТР КА в этих условиях, даются рекомендации по выбору объёма гидроаккумулятора.

Індекс рубрикатора НБУВ: О62-011.9

Рубрики:

Космічні літальні апарати

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

В современном мире с увеличением мощности тепловыделений космических аппаратов возникла потребность в использовании эффективных систем теплоотвода с двухфазными контурами теплопереноса (ДФК). Их преимущества определяются тем, что ДФК могут переносить значительно большее количество теплоты на единицу расхода, чем при использовании однофазного теплоносителя. Энергопотребление насоса для прокачки теплоносителя незначительное, а использование теплообмена при кипении позволяет поддерживать температуру объектов практически на всей протяженности контура близкой к температуре насыщения. Все процессы теплопередачи, протекающие при изменении агрегатного состояния вещества (кипение, конденсация) происходят значительно интенсивней, чем при конвективном теплообмене в однофазной жидкости. Особенностью данной системы является изменение массы теплоносителя в контуре при изменении режимов работы двухфазной системы теплопереноса. Для регулирования количества теплоносителя в контуре, а также для поддержания заданного давления (температуры кипения) предназначен гидроаккумулятор с тепловым регулированием (ТГА). Реальные процессы тепломассообмена в ТГА протекают неравновесно, что усложняет расчет системы терморегулирования. Описана концепция неравновесной математической модели для расчета тепломассообменных процессов в ТГА. Показано, что неравновесность процессов можно учесть коэффициентом конвективного теплопереноса "k" в математической модели ТГА: k = 1 соответствует отсутствию конвекции; k >> 100 соответствует близкому к равновесному процессу. На основе анализа летного космического эксперимента по разогреву ТГА сделан прогноз величины коэффициента конвективного теплопереноса k в условиях невесомости. Для оценки влияния величины "k" на процесс регулирования двухфазного контура теплопереноса в условиях невесомости рекомендуется использовать значения k = 30 +- 15. В наземных экспериментах при высокой интенсивности конвекции в ТГА процессы существенно более равновесные, чем в невесомости. Сделан вывод, что равновесный процесс (высокие значения k) можно рассматривать как более консервативный по отношению к процессу регулирования в невесомости.

На космических аппаратах с большим тепловыделением в системах терморегулирования (СТР) целесообразно использовать двухфазные контуры теплопереноса (ДФК). ДФК имеет большие преимущества по сравнению с однофазными контурами теплопереноса. В таких контурах тепло аккумулируется и переносится в виде скрытой теплоты парообразования. ДФК могут переносить значительно большее количество теплоты на единицу массового расхода, температуру объектов можно поддерживать практически постоянной на всем участке теплоподвода и приближенной к температуре насыщения. Кроме того, все процессы теплопередачи, протекающие при кипении более интенсивны, чем при обычном конвективном теплообмене. Поэтому масса, габариты СТР на базе ДФК будут меньше, чем на базе однофазного контуров. Гидроаккумулятор с тепловым регулированием (ТГА) является важнейшим элементом ДФК. Предложена упрощенная двухтемпературная математическая модель для описания неравновесных тепломассообменных процессов в ТГА в условиях невесомости. Математическая модель ТГА формируется при помощи метода идеализированных элементов. Подробно приведены уравнения сохранения энергии для контрольных объемов и тепловых узлов, уравнения сохранения массы, уравнения для тепловых потоков и потов массы. Модель позволяет быстро провести расчет и проанализировать приемлемый результат для предварительных оценок. Ранее авторами была опубликована работа, где описывается детальная многотемпературная модель, которая позволяет оценить неравновесность в жидкой фазе. Детальная модель позволяет рассчитать практически любой процесс в ТГА с достаточно высокой точностью, но программа при этом достаточно объемная и расчет занимает много времени. Поэтому по рекомендации разработчиков программного комплекса AMESim авторы сформировали упрощенную двухтемпературную неравновесную модель ТГА. Модель реализована в программной среде Fortran и протестирована на установление квазистационарного режима и проверена на соблюдение теплового баланса. На основе данных космического эксперимента по разогреву ТГА с аммиаком выполнена оценка предполагаемой величины конвективной составляющей теплопереноса в условиях невесомости. Важно, что данная концепция и модель могут быть уточнены исходя из реальной конструкции гидроаккумулятора. Например, уравнения могут быть записаны для цилиндрического ТГА, размещения нагревателя на поверхности корпуса или в центре и т.д.

При изготовлении фитилей для капиллярного транспорта теплоносителя в различных теплопередающих устройств, таких как тепловые трубы, контурные тепловые трубы, гидроаккумуляторы с тепловым регулированием, испарительные теплообменники, термоплаты и др., используются капиллярно-пористые структуры. Широкое применение приобрели капиллярно-пористые структуры из спрессованных порошков (металлических или неметаллических). Однако технология изготовления таких фитилей сложна и трудоемка. Важными требованиями, которые предъявляются к фитилям, являются высокий капиллярный напор, малое гидросопротивление, небольшая масса и технологичность. Капиллярно-пористой структурой, которая отвечает этим требованиям, может служить фитиль из нескольких слоев металлических сеток, наложенных друг на друга и соединенных между собой контактной сваркой. Основными достоинствами таких фитилей являются малая масса и простота изготовления. Рассмотрена методика и результаты определения предельной теплотранспортной способности свободного фитиля (не контактирующего с твердыми стенками) из металлических сеток. Приведена конструкция экспериментальной установки, которая позволяет проводить испытания не только при положительных, но также и при небольших отрицательных углах наклона фитиля к горизонту. Проведены эксперименты на аммиаке по определению предельной теплотранспортной способности плоского свободного фитиля из двухслойной металлической сетки 0,2 x 0,13 мм тканого плетения. По результатам проведенных экспериментов получена зависимость предельной теплотранспортной способности фитиля от температуры насыщения теплоносителя и угла наклона к горизонту. Проведенные эксперименты позволяют для фитиля данной конструкции вычислить его максимальную теплотранспортную способность в земных условиях при любой ширине, транспортной длине фитиля и угле его наклона к горизонту. Рекомендованы формулы для расчета теплотранспортной способности фитилей из металлических сеток различной длины и ширины в условиях микрогравитации и в поле силы тяжести земли при различной ориентации. Результаты проведенных экспериментов позволяют определять теплотранспортную способность фитилей из металлических сеток и в условиях микрогравитации.

Індекс рубрикатора НБУВ: О62-011.9 + О663.112

Рубрики:

Космічні літальні апарати

Пристрої обігрівання і охолодження кабін

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Прогресс космической техники ведет к все большей энерговооруженности космических аппаратов (КА). Международная Космическая Станция уже имеет мощность солнечных батарей более 100 кВт. Автономные КА и спутники (включая стационарные) имеют мощность энергоустановок единицы кВт, в ближайшей перспективе - более 10 кВт. В качестве основного способа терморегулирования на КА большой мощности до настоящего времени рассматривается принудительный перенос теплоты с использованием однофазных жидких теплоносителей. Однофазный контур с механической прокачкой теплоносителя является полностью отработанным средством терморегулирования КА с умеренной тепловой нагрузкой. Существенным недостатком таких систем является то, что температура теплоносителя значительно изменяется в пределах контура. Разность температур можно уменьшить, повысив расход теплоносителя, однако для этого приходится увеличивать производительность насоса, что неизбежно ведет к увеличению энергопотребления, диаметров трубопроводов и массы системы в целом. В случае высокой энерговооруженности КА (более 5 - 10 кВт) и больших расстояний теплопередачи (10 м и более) более предпочтительной системой с точки зрения массы, точности терморегулирования, энергопотребления (и других параметров) является двухфазная система терморегулирования с механической прокачкой теплоносителя. Использование двухфазного контура (ДФК) в качестве системы терморегулирования КА позволяет существенно снизить массу и энергопотребление на собственные нужды по сравнению с однофазными системами обеспечения теплового режима. Эффект достигается за счет аккумулирования переносимого тепла в виде скрытой теплоты парообразования и интенсификации теплообмена при кипении и конденсации теплоносителя. Сделан критический обзор опубликованных работ по ДФК для КА с высокой энерговооружённостью (более 5 - 10 кВт) и большим расстоянием теплопереноса (более 10 - 100 м) начиная с 1980 г. по настоящее время. В результате сформирован перечень основных проблем на пути практической реализации ДФК.

Розроблено методичні основи проєктування двофазного контуру теплоперенесення системи терморегулювання космічної енергоустановки з високою енергоозброєністю. Запропоновано концепцію, методи та рішення з формування структури та параметрів системи терморегулювання на базі двофазного контуру теплоперенесення для космічних енергоустановок великої потужності. Вперше обґрунтовано вимоги до конструкції підсистеми тепловідведення космічної енергоустановки великої потужності (більше 10 кВт) з прямоструминними конденсаторами, виконання яких дозволяє відпрацювання підсистеми на Землі без обов'язкового проведення випробувань в невагомості, вперше експериментально отримані закономірності тепловіддачі при випаровуванні і кипінні на поверхнях нагрівача теплогідравлічного акумулятору, покритих тонкими змоченими капілярно-пористими структурами з багатошарових металевих сіток, що дозволяє прогнозувати температуру нагрівача гідроакумулятора в умовах невагомості. Вперше отримано залежність граничної теплотранспортної здатності капілярних структур теплогідравлічного акумулятора для умов невагомості на основі наземних експериментів, що дозволяє виконувати функціональні випробування акумулятора на Землі. Вперше розрахунково-теоретичним шляхом доведено, що в умовах невагомості для регулювання параметрів двофазного контуру теплоперенесення потрібна менша потужність нагрівача теплогідравлічного акумулятору, ніж в експериментах на Землі.