КРИОГЕННЫЙ ЭКРАН Российский патент 2012 года по МПК B64G7/00 

Криогенный экран относится к космической промышленности и предназначен для глубокого охлаждения испытуемых космических аппаратов (КА) или их узлов на испытательных стендах или в вакуумных камерах.

Известно устройство охлаждения стенок вакуумной камеры жидким азотом до температуры - 173°С (Андрейчук О.Б., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1982).

Известно устройство охлаждения стенок вакуумной камеры, используемое в стенде для тепловых испытаний космических объектов (патент РФ 2172709, B64G 7/00, приоритет от 23.09.1999). Устройство выполнено в виде криогенных экранов, во внутренние полости которых, одновременно с вакуумированием камеры, подают жидкий азот, охлаждающий криоэкраны до температуры - 186±3°С.

Указанные устройства исходя из физических характеристик жидкого азота обеспечивают захолаживание экранов в температурном диапазоне от - 173°С до - 193°С, что бывает недостаточным при проведении ряда испытаний.

Наиболее близким аналогом к заявленному криогенному экрану, выбранным в качестве прототипа, является криогенный экран для термооптической вакуумной установки (патент SU 1839880, B64G 7/00, приоритет от 12.07.1982). Экран выполнен в виде двух герметично соединенных между собой по торцевым кромкам тонкостенных зигованных оболочек с образованием между ними зазора для свободной циркуляции хладагента. При этом вакуумная установка снабжена двумя коаксиально расположенными криогенными экранами, у которых наружный экран охлаждается жидким азотом, а внутренний экран жидким гелием. При включении установки сначала производят захолаживание наружного экрана жидким азотом до заданной температуры от -173°С до - 193°С и вакуумирование камеры, а затем осуществляют захолаживание внутреннего экрана жидким гелием до температуры порядка - 270°С.

Данная конструкция позволяет существенно расширить диапазон отрицательных температур при имитации натурных условий в процессе испытаний КА, однако обладает достаточной сложностью и не обеспечивает дифференцирование теплового режима в локальных зонах испытательных установок при имитации натурных условий в процессе проведения наземных испытаний КА.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение конструкции криогенного экрана и обеспечение возможности дифференцирования теплового режима в локальных зонах испытательных установок для приближения имитационных температурных нагрузок КА к натурным условиям, а также обеспечение температурной однородности поверхности экрана и сокращение времени выхода экрана на заданный температурный режим.

Указанные задачи обеспечиваются тем, что в известном криогенном экране, содержащем металлический радиатор с каналами для циркуляции хладагентов, новым является то, что радиатор выполнен в виде плоской панели, на поверхности которой жестко закреплены две параллельно расположенные трубки с каналами для циркуляции хладагентов, при этом одна из трубок подключена к источнику жидкого азота, а другая - к источнику жидкого гелия, причем радиатор и трубки выполнены из теплопроводного металла.

Кроме того, трубки с каналами для циркуляции хладагентов могут быть расположены вдоль одной из диагоналей радиатора.

Кроме того, трубки с каналами для циркуляции хладагентов могут иметь форму зигов, проходящих вдоль параллельных сторон радиатора и диагонали, соединяющей эти стороны.

Выполнение радиатора в виде плоской панели, на поверхности которой жестко закреплены две параллельно расположенные трубки с каналами для циркуляции хладагентов, при этом одна из трубок подключена к источнику жидкого азота, а другая - к источнику жидкого гелия, позволяет с помощью одного экрана обеспечивать несколько температурных режимов для захолаживания КА или их узлов на испытательных стендах или в вакуумных камерах и возможность в процессе одного испытания создавать различный температурный режим в разных локальных зонах испытательных установок для приближения условий испытаний КА к натурным условиям.

Расположение трубок с каналами для циркуляции хладагентов вдоль одной из диагоналей радиатора или придание им формы зигов, проходящих вдоль параллельных сторон радиатора и диагонали, соединяющей эти стороны, способствует достижению температурной однородности поверхности экрана и сокращению времени выхода экрана на заданный температурный режим.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг.1 - общий вид экрана;

Фиг.2 - общий вид экрана при выполнении трубок в форме зигов

Криогенный экран содержит радиатор, выполненный в виде плоской панели 1, на поверхности которой жестко, например посредством сварки или пайки, закреплены две параллельно расположенных трубки 2, 3 с каналами для циркуляции хладагентов, при этом одна из трубок подключена источнику жидкого азота, а другая - к источнику жидкого гелия. Радиатор 1 и трубки 2, 3 выполнены из теплопроводного металла. Трубки с каналами для циркуляции хладагентов могут быть расположены вдоль одной из диагоналей радиатора (Фиг.1) или иметь форму зигов, проходящих вдоль параллельных сторон радиатора и диагонали, соединяющей эти стороны (Фиг.2). При проведении испытаний сначала производят захолаживание радиатора экрана путем подачи в одну из трубок жидкого азота. После достижения поверхности экрана заданной температуры в диапазоне от -173°С до -193°С прекращают подачу жидкого азота и подают в другую трубку экрана жидкий гелий, доводя температуру экрана до температуры -270°С. При этом, поскольку в испытательной камере, как правило, устанавливают несколько экранов, то можно, например, в одном сеансе испытаний одни экраны захолаживать только жидким азотом, а другие сначала жидким азотом, а потом жидким гелием, а в следующем сеансе испытаний захолаживать жидким гелием уже другие экраны.

Таким образом, при необходимости можно создавать в отдельных локальных зонах испытательной установки различные отрицательные температуры, воздействующие на КА, и тем самым приблизить условия испытания к натурным.

Использование экрана предлагаемой конструкции позволяет обеспечить достижение температурной однородности поверхности экрана и сократить время выхода экрана на заданный температурный режим, а также повысить надежность экрана и обеспечить его технологичность.

Криогенный экран относится к космической промышленности и предназначен для глубокого охлаждения испытуемых космических аппаратов или их узлов на испытательных стендах или в вакуумных камерах. Экран содержит металлический радиатор с каналами для циркуляции хладагентов, выполненный в виде плоской панели, на поверхности которой жестко закреплены две параллельно расположенные трубки с каналами для циркуляции хладагентов. Одна из трубок подключена к источнику жидкого азота, а другая - к источнику жидкого гелия. Радиатор и трубки выполнены из теплопроводного металла. Трубки могут быть расположены вдоль одной из диагоналей радиатора или иметь форму зигов, проходящих вдоль параллельных сторон радиатора и диагонали, соединяющей эти стороны. Обеспечивается возможность дифференцирования теплового режима в локальных зонах испытательных установок для приближения имитационных температурных нагрузок и достижение температурной однородности поверхности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Криогенный экран, содержащий металлический радиатор с каналами для циркуляции хладагентов, отличающийся тем, что радиатор выполнен в виде плоской панели, на поверхности которой жестко закреплены две параллельно расположенные трубки с каналами для циркуляции хладагентов, при этом одна из трубок подключена к источнику жидкого азота, а другая - к источнику жидкого гелия, причем радиатор и трубки выполнены из теплопроводного металла.

2. Криогенный экран по п.1, отличающийся тем, что трубки с каналами для циркуляции хладагентов расположены вдоль одной из диагоналей радиатора.

3. Криогенный экран по п.1, отличающийся тем, что трубки с каналами для циркуляции хладагентов имеют форму зигов, проходящих вдоль параллельных сторон радиатора и диагонали, соединяющей эти стороны.