Системи забезпечення теплового режиму на основі теплових труб для наукового космічного приладобудування
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Системи забезпечення теплового режиму на основі теплових труб для наукового космічного приладобудування
|
|
| Creator |
Батуркін, Володимир Михайлович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2010. Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми створення високоефективних систем забезпечення теплового режиму наукової космічної апаратури, що працює у негерметичних відсіках космічних апаратів, з використанням теплових труб, виконуючих функції транспорту теплоти і регулювання температури шляхом підтримання теплового балансу у системі «космічний апарат – прилад – космічне середовище». Запропоновано і апробовано у натурних дослідженнях нові концепції систем забезпечення теплового режиму на основі теплових труб постійного і змінного термічного опору, що працюють без витрат електроенергії космічного апарату і забезпечують суттєве зменшення діапазону зміни температури приладу і відсіків мікросупутників на температурному рівні 283…313 К та приймачів випромінювання на температурному рівні 233 К при змінних тепловиділенні приладів, зовнішніх теплових навантаженнях космічного середовища і температурі космічного апарату. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.06 – техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2010. Диссертация посвящена решению научно-прикладной проблемы создания высокоэффективных систем обеспечения теплового режима (СОТР) научной космической аппаратуры, функционирующей в негерметичных отсеках, с использованием тепловых труб (ТТ) постоянного и переменного термического 36 сопротивления, выполняющих функции транспорта теплоты и регулирования температуры с помощью поддержания теплового баланса в системе «посадочное место прибора в космическом аппарате (КА) – прибор – космическая среда». В уравнения теплового баланса такой системы дополнительно введена составляющая теплопереноса, осуществляемого ТТ. Эти уравнения являются основой для определения тепловых параметров элементов СОТР: тепловой трубы, радиатора, тепловой изоляции, гибких теплопроводов, низкотеплопроводных опор, кабелей и контактных соединений, обеспечивающих функционирование пассивной СОТР. Предложены новые концепции построения систем обеспечения теплового режима, функционирующих без затрат электроэнергии космического аппарата, используя собственное тепловыделение научных приборов и переменное термическое сопротивление ТТ в тепловой связи «прибор – космическая среда», и обеспечивающих стабилизацию температуры узла на уровне 290 К (±5…10 К). Такой подход экспериментально проверен для групп типовых научных приборов: для отдельной электронной платы (масса 0,3 кг), автономного электронного блока (масса до 5 кг) и приборной панели отсека КА (масса 60 кг) при изменении собственного тепловыделения минимум/максимум 1:10, температуры КА 253…323 К и внешнего поглощенного теплового потока от планет до 270 Вт/м2. Для условий дефицита энергии на борту КА в космических миссиях от Земли к внешним планетам предложена тепловая концепция и конструкция теплотрубной СОТР, предусматривающая использование энергии солнечного излучения для функционирования газорегулируемых ТТ, для поддержания температуры корпуса бортового научного прибора в диапазоне 289…305 К при изменении солнечной постоянной 500…1400 Вт/м2 и температуры КА 253…323 К. Развиты теплофизические принципы создания пассивных СОТР микроспутников (МС) с солнечной ориентацией. Показано в натурных исследованиях на двух МС Magion-4, 5 с одноосной солнечной ориентацией, что тепловое объединение фронтальной части спутника с теневой зоной с помощью разработанной СОТР на основе тепловых труб уменьшает температурный перепад между этими зонами до 20…35 К. Доказано, что пассивная СОТР МС с трехосной ориентацией может быть централизованной с расположением главного радиатора в отсеке КА с постоянным тепловыделением и большей теплоемкостью, к которому тепловыми трубами термично присоединен приборный отсек. Эффективность такого решения заключается в достижении разности температур радиатора и посадочного места приборов в диапазоне -3…5 К (МС BIRD (2001- 2010 гг.)). При создании пассивных радиационных СОТР приемников излучения оптических систем, работающих на температурном уровне 233 К, был проведен анализ тепловой схемы для нескольких приемников, охлаждаемых одной тепловой трубой с учетом передачи теплоты по опорам и через теплоизоляцию, а также внутренних и внешних тепловых возмущений. Натурные испытания разработанных и изготовленных СОТР с тепловыми трубами с теплоносителем хладоном R-22 в составе четырех космических миссий подтвердили возможность достижения температуры приемников менее 233 К в режиме съемок космических объектов при нестационарном тепловом воздействии Солнца на радиаторы. Предложена концепция СОТР, состоящая из двух ветвей «ТТ с диодной проводимостью – радиатор», присоединенных к приемнику излучения. Проведенный анализ теплового режима и экспериментальное исследование показали возможность существенного расширения области функционирования СОТР по величине максимального поглощенного внешнего теплового потока (в десятки раз) и достижение температурного уровня приемника излучения менее 233 К при произвольном расположении прибора относительно солнечных лучей при полетах КА от Земли до Венеры. Для применения разработанных СОТР в космических миссиях проведены комплексные теплотехнические исследования тепловых труб с металловолокнистой капиллярной структурой и продольными канавками, включающие: исследование влияния неравномерного подвода и отвода теплоты в зонах нагрева и конденсации ТТ, исследование теплопередающих характеристик в температурном диапазоне 223…333 К, исследование регулирующих характеристик ТТ при теплоотводе излучением для дискретного радиатора, разработку новых перспективных конструкций термодиодов с ловушкой для теплоносителя, контурных ТТ с плоским испарителем, крупноразмерных ТТ – паровых камер и плоских ТТ, изотермических оболочек для тепловыделяющих приборов, работоспособных при произвольной ориентации относительно сил тяжести, комплекс новых технологических приемов для изготовления капиллярных структур, объединяющий операции формирования структуры и ее нанесения на корпус ТТ, что позволяет изготовлять тепловые трубы с радиусом до 0,3 м, проведение ресурсных, климатических, вибрационных и эксплуатационных испытаний и квалификации тепловых труб в соответствии с европейским стандартом качества тепловых труб PSS-49. Thesis for doctor degree of technical sciences by speciality 05.14.06 – thermophysics and industrial power engineering. – National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, 2010. Thesis is devoted to the decision of scientific and applied problem of creation of the high-efficiency thermal control systems for scientific space apparatus, which operate in nonhermetic compartments, with the use of heat pipes of constant and variable thermal resistance, executing the functions of heat transport and temperature regulation by maintenance of thermal balance in the system «spacecraft – device – space environment». New conceptions of thermal control systems, which operate without electric power consumption from spacecraft and provide substantial decrease of the temperature variation of devices, located aboard, at the level of 283…313 K, for the CCD – on the level of 233 K at variable device heat generation, external thermal loads of space environment and the spacecraft temperature are proposed and verified by space tests. |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2011-03-16T14:17:42Z
2011-03-16T14:17:42Z 2011 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/746
|
|
| Language |
uk
|
|