Авдуевский (Авдуевский В.С. (ред), 1992 - Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике), страница 99

В условиях вакуума теплопередача через такое покрьтие осуществляется лучеиспусканием и может быть снижена до весьма малых значений. Практически ее наименьшее значение ограничивается тем, что передача тепла через различные элементы конструкции (тепловые мосты) становится намного больше, чем через ЭВТИ. Оценим влияние ЭВТИ на величину излучаемого теплового потока.

Принимая, что изоляция состоит из и слоев с приведенной степенью черноты е„р, получаем, что удельный тепловой поток через изоляцию я = ерра (Т', — Т',)/л, (й 9. 27) где Т, и Т, — температуры поверхности конструкции и изоляции соответственно. 493 Если наружная поверхность имеет степень черноты е, и излучает в космос, то тепловой поток от поверхности д = е„а7",.

(19.28) Сравнивая уравнения (19.27) и (19.28), получаем (1 9.29) Поверхность без защитного экрана, но с той же степенью черноты, излучала бы поток де = е,аТ',. Таким образом, степень снижения теплового потока Д/Де =': Евг/(Евг + Ева). (19,30) Отсюда следует, что при увеличении и можно добиться существенного снижения энергии, излучаемой через слой теплоизоляции. Если на поверхность аппарата падает извне некоторый лучистый поток !/„, то удельный тепловой поток при экранно-вакуумной изоляции определится из выражения Ч ев аТ„,— е Чи ! + (е /ев,) и в' ! + (ев/евв) и ! 4 (е аТ, — ()е). При больших значениях а„, когда д„> е аТ', знак теплового потока изменится вне зависимости от числа слоев изоляции, т. е. поверхность будет нагреваться. Однако результирующий поток в стенку при этом будет значительно меньше. Из формул ()9.30) и ()9.31) следует, что тепловое сопротивление ЭВТИ может быть достаточно большим при увеличении и и уменьшении степени черноты экранов.

На практике часто применяют экраны, покрытые слоем алюминия, имеющего е (0,1. Более сложной задачей является уменьшение утечек тепла из-за наличия тепловых мостов. Такими мостами являются узлы к епления антенн, солнечных батарей, выносных приборов и др. оэтому в общем случае необходимо производить сложный расчет распределения тепловых потоков по конструкции и проверять тепловое состояние в специальных вакуумных камерах, имитирующих космические условия. !9.6.

СИСТЕМА ПЕРЕНОСА ТЕПЛА Система переноса тепла от тепловыделяющих элементов к радиационным поверхностям является важнейшим элементом системы терморегулирования. Поддержание заданной температуры внутри аппарата обычно обеспечивается регулированием интенсивности переноса тепла. Система переноса тепла включает в себя внутреннюю систему, обеспечивающую распределение температуры внутри приборного 494 контейнера (между приборами и аппаратурой), и наружную систему для передачи тепла к радиатору.

Эти системы принципиально различны для аппаратов с негерметичным и герметичным контейнером или без контейнера вообще, когда аппаратура работает в условиях вакуума. Для распределения тепла внутри аппарата с герметичными контейнерами, заполненными газом, требуется создание принудительного газообмена, вентиляции, поскольку в условиях невесомости отсутствует естественный конвективный теплообмен.

Рассмотрим некоторые особенности организации принудительной системы вентиляции. Поток газа, приводимый в движение вентилятором, проходит через канал для охлаждения приборов, через теплообменник н возвращается к воздухозаборнику вентилятора. В задачу расчета входит определение потребной мощности вентилятора и герметических размеров системы. Исходные соотношения; мощность вентилятора ~ с ® сс» бР!т1 ° (19.32) отводимое тепло тс' = срр((Х ссп (Тг — Тг) — г'приор (бТсф)пр — т'то~то (йТсф)то ()п Зо) где Ж, — мощность вентилятора при секундном объемном расходе (р'„„и напоре Лр; г1 — коэффициент полезного действия; Я вЂ” количество тепла, отводимое от приборов; (Т, — Тг)— разность температур на входе и выходе из радиатора; р — плотность газа; Т„и Епр — плошади поверхностей теплообмеиников и приборов, участвующих в теплообмене; а„и а,р — коэффициенты теплоотдачи.

Напор Лр затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений в системе. При заданных параметрах охлаждающей системы существует максимальное значение мощности приборов Я р, при котором может быть осуществлено охлаждение. При дальнейшем увеличении мощности приборов вентилятор начнет работать на себя. Если мощность приборов мала, то доля энергии привода вентилятора пренебрежимо мала и выбор его определяется чисто конструктивными соображениями.

Тепло от внутреннего теплообменника или непосредственно от приборов может передаваться к радиатору с помощью промежуточного теплоносителя и без него. Если количество передаваемого тепла невелико, то в качестве теплоносителя удобно использовать газ, приводимый в движение вентилятором. При больших количествах снимаемого тепла мощность вентилятора быстро растет и становится целесообразным использовать жидкие тепло- носители. Главной трудностью при использовании жидких теплоносителей янляется опасность их замерзания при переохлаждении радиатора н отсутствие тепловыделения или кипения в теплообменнике.

В остальном жидкие теплоносители более удобны благодаря компактности системы, меньшему сечению трубопро- 495 водов, значительно меньшей мощности привода н удобству транспортировки теплоносителя на большие расстояния. В ряде случаев, особенно для аппаратов с относительно небольшим тепловыделением, регулирование интенсивности теплообмена между внутренними частямн аппарата н окружающей средой может осуществляться более простыми средствами. Простейшим примером изменения теплопередачн путем регулирования теплопроводьости является способ, при котором в двухслойной оболочке, заполненной пористой изоляцией, создается переменное давление газа либо изменяется величина зазора.

Другим методом является установка жаля>зн нли экранов, с помощью которых можно закрыга1ь или открывать внешнюю поверхность аппарата и наменять при этом эффективную поверхность излучения, При расположении апп ратуры в вакууме теплообмен между приборами осуществляется тслько путем излучения и теплопроводности. Для правильного выбора компоновки необходимо провести предварительнь:й расчет сложного теплообмена между несколькими телами, взаимно облучающими друг друга. Для передачи тепла к:.нешним радиационным поверхностям используются специальные теплопроводы, которые представляют собой стержни нз теплопроводного материала. Более эффективным средством передачи тепла являются так называемые теплопередак7шне трубки, внутри которых тепло передается путеч испарения жидкости з горячей части н конденсации в холодной части.

Обратная подача жидкости в условиях невесомости может быть осугцествлена прн использовании специальных фитилей. Коэффициент теплопередачи в таких системах может достигать весьма больших значений. Рассмотренные спосооы регулирования теплопередачи в космических аппаратах далеко не охватывают всех возможных методов, используемых для этой цели. Во многих случаях прнменяютси системы холодильников, работающих по паровому нли газовому циклу, вихревые трубки, термоэлектрические холодильники. Для малых аппаратов н выносных приборов часто можно ограничиться использованием тепловых аккумуляторов, существенно повышающих теплоемкость системы в силу скрытой теплоты фазовых переходов. Выбор того или иного метода определяется ограничениями, накладываемыми массогымн и габаритными характеристиками летательного аппарата, его энерговооруженностью и надежностью.

1З.7. ОТВОД ТЕПЛА В КОСМОС ОТ ХОЛОДИЛЬНИКОВ-ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ Отвод тепла, выделяемо.о бортовымь теплосиловыми н энеогетическими установками, приборами и человеком, является одной ич важнейших задач обеспечения деятельности всего кося зб мическОГО летательного аппарата. !як кзк касмнлеский аппарат находится н условиях вакуума, та тепловая радиация является единственным способом отвода тепла ог лггя-ел!а!ого аппарата. Однако при умеренных температургт количеств! тепла, которое может быть отведено излучением, меньпсе на.янчесзвя тепла, ко. тарое можно было бы отвести конягкш!ей с тай я:с самой поверхности. Поэтому выпо;шить холадильн!як-чзс!учятель и виде, компактных теплоабмеиникав, как.

'!апрниер, зьтамобигсьные радиаторы, практически невозможно. Холод!!линн! -Нзлу !игал! янляется Одним из грамаздкнх н тяжслых элсллюнтсн касмнчехпсаи энергетической установки, масса катара!о и-"ег существенна влиять на общую массу касмическаса сл!!Нара~я Развитие космической техники нр!Нес!о и ря"ч!ьботке аольшого числа разнообразных конструкций холодильников-излучателей. По характеру изменения теплового патака ат нзяучаюшей поверхности ва времени холодильники-иззу!:!тель! Делится на стационарные и нестационарные. В стационарных хола!гильникзх-излучателях тсмпсрату;!я со верхности (а следанательно, и тепловая поток', ва времени че изменяется и излучатель отдает в единицу во:л!.Ня !.Нш и та же количество тепла.

В нестацнанарных холодильниках излучателя, температура поверхности периодически изменяется ва вгемени., т с: материаг холодильника вначале аккумулирует тепло, я зятем изл!сияет его в космосе. Стяцианарньсе холодильники-излучатели в свою очередь можно классифицировать следующим образом. 1, По типу те! ланасптеля; без теплоносителя с жидким теплоносителем; с газовым теплоносителем П, Па гипу конструкции оребрения излу'!а!ощих поверхностей: без оребрения; двухреберные; многореаерпые, 1П. По конструкции внешней формьс; ялучятсл~:: г,.яаские; цилиндрические, конические; лспесткавые. 1Ч, По типу противометеоритной защиты' без защиты: зкрзнираванные; секционные. Для иллюстрации классификации халадильнякоь-излучателей на рис.

!9.!7 приведены различгьн: конструкшии аребрения каналов излучающими ребрами. Например, схемы б и я пазволяялт по сравнению со схемой а уменьшить апяшюсть поврежгения нз. лучателя метеориталги, Различные внешние ф'рмы иззу:степей приведены на рис !9.!8. Схемы а и б соответствуют ц.шиндрическому изяучателю г разным ргссюложением каналов с с:плаьосигслем (асевьсм и спиральным), схема я — конической форме. сзхемы г и д— лепестковой форме.

Ня рис. !9.!8, е наказано с ребренне массивного излучающего тела цилиндрической формы, характерное для излучателя без теплоносителя. !7 Авяуеоския 497 Рнс. 19.'7. Схемы клементов холоднльникон.излучателей б) г) д) Рнс. 19.16. Формы нзлучзтелей: а, б — ннлиндрнчеснне !снлошнме); з — конические: е — цнливдрическве е амреаанн; д — чрехребернм»; е — ниосоребернне Ка рис. 19.19 показан общий вид излучателя космической энергетической установки, выполненный в виде плоских крыльев из трубчато-оребренных поверхностей.