Дослідження теплорегулюючих характеристик систем на теплових трубах для космічного приладобудування
Вантажиться...
Дата
2010
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Метою даної роботи є дослідження і удосконалення систем
терморегулювання (СТР) на основі теплових труб із металоволокнистими
капілярними структурами та іншими перспективними типами капілярних
структур.
Актуальність роботи полягає у розробці нових підходів до створення СТР,
аналізі і визначенні взаємовпливу складних тепломасообмінних процесів, що
відбуваються в системах теплового контролю з тепловими трубами при їх
використанні у типових електронних приладах наукових космічних експериментів
для навколоземного простору та місій у далекий космос.
В результаті виконання роботи створено наукове підґрунтя для розробки
системи терморегулювання на теплових трубах змінного опору для регулювання
температури автономного наукового блоку. Обґрунтовано рівняння теплового
балансу для системи «космічний апарат – прилад – система терморегулювання –
космічне середовище» з урахуванням теплопереносу, який реалізують теплові
труби. На основі аналізу цих рівнянь при граничних умовах експлуатації приладу
запропоновано і експериментально перевірено нову теплову концепцію побудови
ефективних систем терморегулювання електронних приладів з газорегульованими
тепловими трубами. Система є пасивною, використовує для функціонування
тільки власне тепловиділення приладу і дозволяє звузити діапазон зміни
температури приладу до 5 К – 10 К на температурному рівні 290 К при зміні
власного тепловиділення приладу в 10 разів, зміні температури посадкових місць
253 К – 323 К при зовнішніх теплових навантаженнях до 270 Вт/м2.
Розроблено теплову схему пасивної радіаційної системи терморегулювання
для охолодження від одного до чотирьох приймачів випромінювання оптичної
системи на температурному рівні 213 К – 243 К, яка дозволяє транспортувати
теплоту до радіатора тепловою трубою на відстань до 0,5 м та підвищує теплову
ефективність радіатора до 0,9.
Розроблені програми та методики наземного відпрацювання конструкцій
систем терморегулювання з тепловими трубами дають можливість провести
тестування таких системи у відповідності до європейського стандарту “Heat pipe
qualification requirements”, PSS – 49 (1983), що сприятиме просуванню систем
терморегулювання українського виробництва на європейський ринок обладнання
для наукових досліджень.
З використанням розробленого математичного алгоритму узагальнено
результати 9-річної успішної експлуатації на навколоземній орбіті системи
терморегулювання на основі теплових труб розробки НТУУ «КПІ» на німецькому
мікросупутнику BIRD.
Результати роботи відповідають світовому рівню, а запропоновані підходи
до пасивного регулювання температури приладів за рахунок змінного термічного
опору «прилад – космічне середовище», яке реалізується тепловою трубою,
раніше не використовувалися для наукового приладобудування.
Застосування розроблених технологій регулювання температури наукової
космічної апаратури має принципово інноваційний характер, значно розширює
технічні можливості вже напрацьованих науково-технологічних рішень та
діапазон функціонування наукового обладнання у космосі, а також сприятиме
появі нових конструкторських рішень у приладобудуванні і підвищить надійність
реалізації космічних місій. Технічні показники:
- можливість роздільного розташування приладу та його радіаційної
поверхні космічного апарату;
- зменшення маси системи терморегулювання на 20 % – 50 %;
- зменшення до 10 разів або повна відмова від енергоспоживання космічного
апарату;
- дублювання теплотранспортної мережі;
- ресурс експлуатації від 5 до 10 років.
Результати теоретично-експериментальних досліджень впроваджено в
навчальний процес у курсі «Теплообмінні апарати та теплоносії» – у новому
підрозділі «Теплообмін у системах терморегулювання» та стали ґрунтовною
базою для виконання НДРС студентів при підготовці 2 бакалаврських робіт і 3
магістерських робіт. За матеріалами роботи підготовлено докторську дисертацію
за темою «Системи забезпечення теплового режиму на основі теплових труб для
наукового космічного приладобудування».
Результати роботи призначені для використання у космічному
приладобудуванні: навколоземні супутники зв’язку, автоматичні станції для
дослідження навколоземного простору, зондування поверхні Землі - зміни
рельєфу, пошук копалин, попередження природних катаклізмів, пожеж,
метеорологічні задачі, супутники зондування далекого космосу, посадочні
ступені. Також вони можуть бути використані у електронній промисловості,
машинобудуванні, теплоенергетиці, сонячній енергетиці, матеріалознавстві та
приладобудуванні, авіа- і суднобудуванні.
Опис
Ключові слова
система терморегулювання, теплова труба, газорегульована теплова труба, металоволокниста капілярно-пориста структура, тепломассообмінні процеси, термічний опір, теплопередавальна спроможність
Бібліографічний опис
Дослідження теплорегулюючих характеристик систем на теплових трубах для космічного приладобудування : звіт про НДР (заключ.) / НТУУ "КПІ" ; кер. роб. В. Батуркін. - К., 2010. - 308 л. + CD-ROM. - Д/б №2251-п