Глава XIX. Тепловые режимы космических аппаратов (1013643), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При больших значениях д„, когда д, ) влаТ„', 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 (19.30) н (19,31) следует, что тепловое сопротивление ЭВТИ может быть достаточно большим при увеличении п и уменьшении степени черноты экранов. На практике часто применяют экраны, покрытые слоем алюминия, имеющего в, <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 з специальных вакуумных камерах, имитирующих космические условия. 19.6. СНСТЕМА 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 прянципиально 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, заполненнымн газом, требуется создание принудительного газообмена, вентиляции, поскольку в условиях невесомости отсутствует естественный конвектявный теплообмен. Рассмотрим некоторые особенности организации прннудятельной системы вентиляции. Поток газа, пряводимый в движение вентилятором, проходят через канал для охлажденяя приборов, через теплообменник и возвращается к воздухозаборнику вентилятора.
В задачу расчета входит определение потребной мощности вентилятора и герметических размеров сястемы. Исходные соотношения: мощность вентилятора ~" в = 11'сек ЛР(тк (19.32) отводимое тепло Я = сгрЯГ ~~„(Т~ — Тз) = Рщ,пав(ЛТаф)ав = Ртоато (ЛТае)~о (19.33) где Ф, — мощность вентилятора при секундном объемном расходе Яг„„и напоре лр; т1 — коэффициент полезного действия; Я вЂ” количество тепла, отводимое от приборов; (Т, — Т,)— разность температур на входе и выходе из радяатора; р — плотность газа; Г,„ и Р р — площади поверхностей теплообменннков и приборов, участвующих в теплообмене; а„и а — 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 радяатору с помощью промежуточного теплоносятеля и без него. Если количество передаваемого тепла невелико, то в качестве теплоносителя удобно лспользовать газ, приводимый в движение вентилятором. При больших количествах снямаемого тепла мощность вентилятора быстро растет и становятся целесообразным яспользовать жидкие тепло- носители. Главной трудностью при использовании жядких теплоносителей является опасность ях замерзания пря переохлаждении радиатора и отсутствие тепловыделеняя или кипения в теплообменнике.
В остальном жидкие теплоносителя более удобны благодаря компактности системы, меньшему сечению трубопро- 495 водов, значительно меньшей мощности привода и удобству транспортировки теплоносителя на большие расстояния. В ряде случаев, особенно для аппаратов с относительно небольшим тепловыделением, регулирование интенсивности теплообмена между внутренними частями аппарата и окружающей средой может осуществляться более простыми средствами.
Простейшим примером изменения теплопередачи путем регулирования теплопроводности является способ, прн котором в двухслойной оболочке, заполненной пористой изолчцяей, создается переменное давление газа либо изменяется величина зазора. Другим методом является устаяовка жалюзи или экранов, с помощью которых можно закрывать нли открывать внешнюю поверхность аппарата я изменять при этом эффективную поверхность язлучения. При расположении аппаратуры в вакууме теплообмен между приборами осуществляется только путем излучения и теплопроводности. Для правильного выбора компоновки необходимо провести предварительный расчет сложного теплообмена между несколькими телами, взаимно облучающими друг друга.
Для передачи тепла к внешним радиационным поверхностям используются специальные теплопроводы, которые представляют собой стержни из теплопроводного матеряала. Более эффективным средством передачи тепла являются так называемые тепло- передающие трубки, внутри которых тепло передается путем испарения жидкости в горячей части и конденсации в холодной части.
Обратная подача жидкостл в условиях невесомости ьюжет быть осуществлена при использовании специальных фитилей. Коэффициент теплопередачи в таках системах может достигать весьма больших значений. Рассмотренные способы регулирования теплопередачи в космическях аппаратах далеко не охватывают всех возможных методов, используемых для этой цели. Во многих случаях применяются системы холодильников, работающих по паровому нли газовому циклу, вихревые трубки, термоэлектрические холодяльники. Для малых аппаратов и выносных пряборов часто можно ограничиться использованием тепловых аккумуляторов, существенно повышающих теплоемкость системы в силу скрытой теплоты фазовых переходов. Выбор того или иного метода определяется ограннченяями, накладываемымя массовыми н габаритными характеристиками летательного аппарата, его энерговооруженностью и надежностью.
19лп ОТВОД ТЕПЛА В КОСМОС ОТ ХОЛОДИЛЬНИКОВ-ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ Отвод тепла, выделяемого бортовыми теплосиловыми н энергетическими установками, прнборамн н человеком, является одной из важнейших задач обеспечения деятельности всего кос- 496 мического летательного аппарата. Так как космический аппарат находится в условиях вакуума, то тепловая радиация является единственным способом отвода тепла от летательного аппарата.
Однако при умеренных температурах количество тепла, которое может быть отведено излучением, меньше количества тепла, которое можно было бы отвести конвекцией с той же самой поверхности. Поэтому выполнить холодильник-излучатель в виде компактных теплообменников, как, например, автомобильные радиаторы, практически невозможно. Холодильник-излучатель является одням из громоздкях и тяжелых элементов космяческой энергетической установки, масса которого может существенно влиять на общую массу космического аппарата. Развитие космической техники привело к разработке большого числа разнообразных конструкций холодильников-излучателей, По характеру измененяя теплового потока от излучающей поверхности во времени холодильники-излучатели делятся на стационарные и нестационарные.
В стационарных холодяльниках-излучателях температура поверхности (а следовательно, и тепловой поток) во времени не изменяется и излучатель отдает в единицу времени одно и то же количество тепла. В нестационарных холодильниках-излучателях температура поверхности периодичесКи изменяется во времени, т. е. материал холодильника вначале аккумулирует тепло, а затем излучает его в космосе. Стационарные холодильники-излучатели в свою очередь можно классифяцировать следующим образом. 1.
По типу теплоносителя: без теплоносителя; с жидким теплоносителем; с газовым теплоносителем. 11. По типу конструкции оребрения излучающих поверхностей: без оребрения; двухреберные; многореберные. 111. По конструкции внешней формы излучателя: плоские; цилиндрические; конические; лепестковые. 1Ч. По типу противометеоритной защиты: без защиты; экранированные; секционные. Для иллюстрации классификации холодильников-излучателей на рис. 19.17 приведены различные конструкции оребрения каналов излучающими ребрами. Например, схемы б н в позволяют по сравнению со схемой а уменьшить опасность повреждения излучателя метеоритами.
Различные внешние формы излучателей приведены на рис. 19.18. Схемы а и б соответствуют цилиндрическому излучателю с разным расположением каналов с теплоносителем (осевым и спиральным), схема а — конической форме, схемы г и д— лепестковой форме. На рис. 19.!8, е показано оребрение массивного излучающего тела цилиндрической формы, характерное для излучателя без теплоносителя.
17 АвдтееАкнз 497 а) б) г) б) е) Рнс. 19.!8. Формы налучателей: л. б — цнлвндрнческне (сплошнме1; в — коввчеокве; е — цвлввдрнчеокве е вмреввма; д — чрелребернме; г — мвогоребервме На рис. 19.19 показан общий вид излучателя космической энергетической установки, выполненный в виде плоских крыльев из трубчато-оребреввых поверхностей. Вначале рассмотрим простейший холодильник-излучатель, представляющий собой системы каналов без оребрения. Рис.
19.20, Схема расчета иелучаошего канала Рис. 19Л9. Схема стационарного холодильника-излучателя внергоустаноаки: ! — келтчвчелЫ а — полеекма грув: а— ревкгорг 4 — еащвчв ой~„=-. — ПсрйТп (19. 34) где 6 — секундный массовый расход теплоносителя; ср и Т~— теплоемкость и температура теплоносителя.
Количество тепла, воспринятое от теплоносителя стенкой канала Й)о = а (Тг — Т ) Пфх, (19.35) где а — коэффициент теплоотдачи; Т вЂ” температура внутренней стенки канала; П, — периметр внутренней поверхности канала; о(х — элемент длины канала. Количество тепла, передаваемое через стенку канала теплопроводностью, д~о = — Л (Т вЂ” То) (П1+2пб) Дх, (19.36) где Л вЂ” коэффициент теплопроводностн материала стенок канала; б — толщина стенки канала; Т, — температура наружнон поверхности канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
