СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2013 года по МПК B64G1/50 

Описание патента на изобретение RU2485027C2

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников.

Известны СТР КА (см. патенты Российской Федерации (РФ) №2209750 [1], №2329920 [2]), содержащие жидкостные контуры, в которых, в частности, установлены электронасосный агрегат (ЭНА), гидроаккумулятор, герметизированная газовая полость которого частично заполнена требуемым количеством двухфазной рабочей жидкости, предназначенной для создания необходимого рабочего диапазона давления пара рабочей жидкости, обеспечивающего, с одной стороны, безкавитационную работу ЭНА (для чего минимально допустимое рабочее давление в газовой полости, например, должно быть равно ≈0,2 кгс/см2 (≈20 кПа) и, с другой стороны, для обеспечения минимально возможных утечек теплоносителя из жидкостного контура в течение длительного срока эксплуатации КА на орбите (≈15 лет) (чем меньше давление - тем меньше утечки теплоносителя) и исходя из подтвержденного при наземных испытаниях длительного ресурса ЭНА -оптимальное давление рабочей жидкости в газовой полости должно быть (70-115) кПа - близко к атмосферному давлению ≈1 кгс/см2 (≈100 кПа) при номинальных рабочих температурных условиях гидроаккумулятора на орбите, равных от 15°С до 30°С. В результате исследований установлено, что таким вышеуказанным требованиям, а также по требованиям радиационной стойкости, удовлетворяет жидкость-фреон 141 в (см. л. 169-170 в «Справочник. Промышленные фторорганические продукты. Ленинград. «Химия» 1990). При этом в условиях эксплуатации на орбите изменение температуры рабочей жидкости в диапазоне от 15°С до 30°С обеспечивается периодическим включением в работу электрообогревателя с мощностью, например, 15 Вт, установленного на корпусе гидроаккумулятора.

Анализ работы и конструкции КА показывает, что для обеспечения минимально возможной массы его (за счет минимально возможной массы аккумуляторных батарей системы электропитания (СЭП)) необходимо, чтобы энергопотребление КА на участке выведения и в случае реализации режима аппаратной солнечной ориентации (РАСО) (например, из-за того, что бортовой компьютер «завис») на орбите было минимально возможное - при этом ЭНА должен функционировать штатно (т.е. устойчиво - без кавитации).

Проведенный анализ показал, что в случае запуска КА, например, в зимнее время или в РАСО (если такой режим случится - как показывает опыт, его нельзя исключать) температура газовой полости гидроаккумулятора при неработающем электрообогревателе может опускаться до минус 25 - минус 35°С. В этом случае давление паров рабочей жидкости будет практически близко к нулю (ниже ≈0,05 кгс/см2 (≈5 кПа)), и, следовательно, наступает кавитационный режим работы ЭНА и в жидкостном тракте СТР прекращается циркуляция теплоносителя и отвод избыточного тепла от работающих (функционально необходимых) приборов КА, что недопустимо.

Следовательно, для обеспечения работоспособности СТР в вышеуказанных случаях необходимо предусмотреть дополнительное количество электроэнергии - дополнительную массу в части аккумуляторных батарей СЭП.

Таким образом, существенным недостатком известных СТР является то, что для обеспечения работоспособности СТР во всех возможных (рассматриваемых) условиях эксплуатации КА необходимо предусмотреть повышенную массу его СЭП (около 1 кг).

Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является СТР КА согласно [1].

Известная вышеуказанная СТР включает (см. фиг.1) в себя: 1 - жидкостный контур, заправленный теплоносителем; 1.1 - ЭНА; 1.2 - теплообменники приборов; 1.3 - радиатор; 1.4 - гидроаккумулятор; 1.4.1 - корпус; 1.4.2 - электрообогреватель; 1.4.3 - датчик температуры; 1.4.4 - газовая полость, частично заполненная двухфазной рабочей жидкостью 1.4.5 - фреоном 141в; 1.4.6 - сильфон; 1.4.7 - жидкостная полость гидроаккумулятора, соединенная с жидкостным контуром вблизи входа в ЭНА.

Как показано выше, существенным недостатком известной СТР являются недостаточные функциональные ее возможности при всех возможных (рассматриваемых) условиях эксплуатации КА без обеспечения необходимого существенного повышения массы его.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеуказанного существенного недостатка.

Поставленная цель достигается тем, что СТР КА включает в себя жидкостный контур, заправленный теплоносителем, в котором установлены электронасосный агрегат, теплообменники приборов, радиатор и гидроаккумулятор, содержащий герметизированную газовую полость, заполненную частично требуемым количеством рабочей жидкости, разделенную сильфоном от жидкостной полости гидроаккумулятора, соединенной с жидкостным контуром системы, корпус, на котором установлены электрообогреватели и датчики температуры, при этом герметизированная газовая полость гидроаккумулятора дополнительно к рабочей жидкости заправлена газом-азотом в минимально возможном количестве, удовлетворяющем следующему условию:

,

где m - заправленная в газовую полость гидроаккумулятора минимально возможная масса газа-азота, кг;

Pкав - минимально допустимое давление на входе в ЭНА для обеспечения его безкавитационной работы согласно техническим условиям на него при минимально возможной в условиях эксплуатации температуре теплоносителя, Па;

VГ.П.макс - максимально возможный объем газовой полости гидроаккумулятора по данным его изготовления, м3;

R=296,8 Дж/(кг·град) - газовая постоянная для азота;

Tмин - минимально возможная расчетная температура газовой полости гидроаккумулятора в условиях эксплуатации, К,

что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемой СТР КЛ.

На фиг.2 изображена принципиальная схема предлагаемой авторами СТР КА, где: 1 - жидкостный контур, заправленный теплоносителем; 1.1 - ЭНА; 1.2 - теплообменники приборов; 1.3 - радиатор; 1.4 - гидроаккумулятор; 1.4.1 - корпус; 1.4.2 - электрообогреватель; 1.4.3 - датчик температуры; 1.4.4 - газовая полость, частично заполненная двухфазной рабочей жидкостью - фреоном 141в плюс дополнительно газом-азотом определенного (не более 0,01 кг) количества:

где m - заправленная в газовую полость гидроаккумулятора минимально возможная масса газа-азота, кг;

Ркав - минимально допустимое давление на входе в ЭНА для обеспечения его безкавитационной работы согласно техническим условиям на него при минимально возможной в условиях эксплуатации температуре теплоносителя, Па;

VГ.П.макс - максимально возможный объем газовой полости гидроаккумулятора по данным его изготовления, м3;

R=296,8 Дж/(кг·град) - газовая постоянная для азота;

Tмин - минимально возможная расчетная температура газовой полости гидроаккумулятора в условиях эксплуатации, К;

1.4.6 - сильфон; 1.4.7 - жидкостная полость гидроаккумулятора, соединенная с жидкостным контуром вблизи входа в ЭНА 1.1.

Работа предложенной СТР в условиях эксплуатации КА происходит следующим образом.

На участке выведения КА, например, в зимнее время или в случае реализации режима аварийной солнечной ориентации КА в работу включены минимально возможное (необходимое) количество приборов, в том числе ЭНА (ретранслятор, электрообогреватель гидроаккумулятора (с целью экономии электроэнергии) - отключены), и температура теплоносителя в жидкостном контуре и в газовой полости гидроаккумулятора опускается до минус 25°С - минус 35°С. В этом случае сильфон гидроаккумулятора почти полностью растянут - (объем газовой полости равен приблизительно максимально возможному значению) и рабочее давление газа в газовой полости величиной не менее 0,2 кгс/см2 (20 кПа) практически полностью создает только дополнительно в нее заправленный газ-азот (рабочее тело - фреон 141в в этом случае практически полностью находится в жидкой фазе), достаточное для обеспечения безкавитационной работы ЭНА, и тем самым обеспечивается циркуляция теплоносителя в жидкостном контуре и, следовательно, обеспечивается требуемый тепловой режим работающих приборов КА.

После вывода КА на заданную орбиту или устранения режима РАСО (в результате отработки КА специальной программы) КА работает в штатном режиме: включены в работу приборы ретранслятора и другие необходимые приборы, работают ЭНА и периодически электрообогреватель гидроаккумулятора и необходимое рабочее давление (в диапазоне (0,7 - 1,15) кгс/см2 (70 кПа - 115 кПа) в газовой полости обеспечивают совместно пары двухфазной рабочей жидкости (фреона 141в) и газа (азота), что достаточно для безкавитационной работы ЭНА в течение требуемого длительного времени эксплуатации.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, в результате выполнения СТР КА согласно предложенному авторами техническому решению обеспечивается работоспособность СТР во всех условиях эксплуатации КА, в т.ч., например, при запуске его в зимнее время или в случае реализации режима РАСО практически без дополнительного увеличения массы КА за счет отключения в этих случаях электрообогревателя гидроаккумулятора, т.е. тем самым достигается цель изобретения.

Похожие патенты RU2485027C2

название год авторы номер документа
СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2010
  • Бартенев Владимир Афанасьевич
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Колесников Анатолий Петрович
  • Туркенич Роман Петрович
  • Акчурин Георгий Владимирович
RU2441818C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2011
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Лавров Виктор Иванович
  • Колесников Анатолий Петрович
  • Акчурин Георгий Владимирович
  • Афонин Сергей Сергеевич
  • Танасиенко Федор Владимирович
  • Рудько Александр Александрович
  • Анкудинов Александр Владимирович
  • Акчурин Владимир Петрович
RU2481255C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2015
  • Синьковский Фёдор Константинович
  • Колесников Анатолий Петрович
  • Легостай Игорь Васильевич
  • Анкудинов Александр Владимирович
  • Акчурин Георгий Владимирович
  • Кривов Евгений Владимирович
  • Бакуров Евгений Юрьевич
RU2633666C2
СПОСОБ КВАЛИФИКАЦИИ ГИДРОАККУМУЛЯТОРА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2008
  • Тестоедов Николай Алексеевич
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Акчурин Владимир Петрович
  • Бабич Юрий Георгиевич
  • Загар Олег Вячеславович
  • Леканов Анатолий Васильевич
  • Никитин Владислав Николаевич
  • Сергеев Юрий Дмитриевич
  • Синиченко Михаил Иванович
  • Синьковский Федор Константинович
  • Шилкин Олег Валентинович
RU2384490C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИДРОАККУМУЛЯТОРА 2008
  • Тестоедов Николай Алексеевич
  • Косенко Виктор Евгеньевич
  • Бартенев Владимир Афанасьевич
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Близневский Александр Сергеевич
  • Акчурин Владимир Петрович
  • Загар Олег Вячеславович
  • Леканов Анатолий Васильевич
  • Сергеев Юрий Дмитриевич
  • Синиченко Михаил Иванович
  • Туркенич Роман Петрович
  • Шилкин Олег Валентинович
RU2368549C1
СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ НА РЕСУРС ГИДРОАККУМУЛЯТОРА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2009
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Загар Олег Вячеславович
  • Леканов Анатолий Васильевич
  • Колесников Анатолий Петрович
  • Акчурин Георгий Владимирович
  • Синиченко Михаил Иванович
  • Шилкин Олег Валентинович
  • Акчурин Владимир Петрович
  • Дмитриев Геннадий Валерьевич
RU2402465C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2008
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Акчурин Владимир Петрович
  • Алексеев Николай Григорьевич
  • Воловиков Виталий Гавриилович
  • Загар Олег Вячеславович
  • Колесников Анатолий Петрович
  • Кривов Евгений Владимирович
  • Кульков Алексей Александрович
  • Сергеев Юрий Дмитриевич
  • Скороходов Даниил Игоревич
  • Убиенных Александр Вячеславович
  • Цивилев Иван Николаевич
  • Шилкин Олег Валентинович
  • Юртаев Евгений Владимирович
RU2374149C1
СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2014
  • Тестоедов Николай Алексеевич
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Синьковский Федор Константинович
  • Колесников Анатолий Петрович
  • Легостай Игорь Васильевич
  • Головенкин Евгений Николаевич
  • Анкудинов Александр Владимирович
  • Акчурин Георгий Владимирович
  • Кривов Евгений Владимирович
  • Буткина Наталья Фаридовна
  • Леонтьев Денис Андреевич
  • Романьков Евгений Владимирович
  • Акчурин Владимир Петрович
  • Шилкин Олег Валентинович
RU2577926C2
СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2011
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Лавров Виктор Иванович
  • Колесников Анатолий Петрович
  • Цивилев Иван Николаевич
  • Попов Алексей Викторович
  • Шайбин Артем Олегович
  • Ганенко Сергей Алексеевич
  • Акчурин Георгий Владимирович
  • Акчурин Владимир Петрович
RU2489330C2
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2018
  • Колесников Анатолий Петрович
  • Легостай Игорь Васильевич
  • Шилкин Олег Валентинович
  • Акчурин Владимир Петрович
  • Попов Алексей Викторович
  • Дмитриев Геннадий Валерьевич
  • Белицкий Владимир Владимирович
  • Попов Дмитрий Викторович
  • Бакуров Евгений Юрьевич
  • Соколов Сергей Николаевич
  • Кузнецов Анатолий Юрьевич
RU2690827C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 485 027 C2

Реферат патента 2013 года СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников. СТР включает в себя жидкостный контур, заправленный теплоносителем. В жидкостном контуре установлены теплообменники приборов, радиатор, гидроаккумулятор и электронасосный агрегат (ЭНА). Гидроаккумулятор содержит газовую полость и отделенную от нее сильфоном жидкостную полость, соединенную с жидкостным трактом вблизи входа в ЭНА. Газовая полость частично заполнена требуемым количеством двухфазной рабочей жидкости (фреоном 141в) и дополнительно заправлена минимально необходимым количеством газообразного азота. Указанное количество определяется из уравнения газового состояния, где использовано минимально допустимое давление на входе в ЭНА для обеспечения его бескавитационной работы. В качестве остальных параметров приняты максимально возможный объем и минимально возможная температура газовой полости в условиях эксплуатации КА. Эти параметры подчинены условию бескавитационной работы ЭНА без включения в работу электрообогревателя гидроаккумулятора на участке выведения или в режиме аппаратной солнечной ориентации КА на орбите. Техническим результатом изобретения является обеспечение работоспособности СТР во всех реально возможных условиях эксплуатации КА, практически без дополнительного увеличения его массы. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 485 027 C2

Система терморегулирования космического аппарата, включающая в себя жидкостный контур, заправленный теплоносителем, в котором установлены электронасосный агрегат, теплообменники приборов, радиатор и гидроаккумулятор, содержащий герметизированную газовую полость, заполненную частично требуемым количеством рабочей жидкости, отделенную сильфоном от жидкостной полости гидроаккумулятора, соединенной с жидкостным контуром системы, корпус, на котором установлены электрообогреватели и датчики температуры, отличающаяся тем, что герметизированная газовая полость гидроаккумулятора дополнительно к рабочей жидкости заправлена газом азотом в минимально возможном количестве, удовлетворяющем следующему условию:
,
где m - заправленная в газовую полость гидроаккумулятора минимально возможная масса газа азота, кг;
Ркав - минимально допустимое давление на входе в электронасосный агрегат для обеспечения его бескавитационной работы согласно техническим условиям на него при минимально возможной в условиях эксплуатации температуре теплоносителя, Па;
VГ.П.макс - максимально возможный объем газовой полости гидроаккумулятора по данным его изготовления, м3;
R=296,8 Дж/(кг·град) - газовая постоянная для азота;
Тмин - минимально возможная расчетная температура газовой полости гидроаккумулятора в условиях эксплуатации, К.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2485027C2

СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2001
  • Акчурин В.П.
  • Бартенев В.А.
  • Головенкин Е.Н.
  • Загар О.В.
  • Козлов А.Г.
  • Корчагин Е.Н.
  • Кузнецов А.Ю.
  • Леканов А.В.
  • Никитин В.Н.
  • Попов В.В.
  • Синиченко М.И.
  • Талабуев Е.С.
  • Томчук А.В.
  • Туркенич Р.П.
  • Халиманович В.И.
  • Холодков И.В.
  • Шилкин О.В.
RU2209750C2
СПОСОБ ДЕАЭРАЦИИ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Козлов Альберт Гаврилович
  • Бартенев Владимир Афанасьевич
  • Шелудько Вячеслав Григорьевич
  • Халиманович Владимир Иванович
  • Акчурин Владимир Петрович
  • Акчурин Георгий Владимирович
  • Близневский Александр Сергеевич
  • Роскин Сергей Михайлович
  • Головенкин Евгений Николаевич
  • Туркенич Роман Петрович
  • Загар Олег Вячеславович
  • Шилкин Олег Валентинович
  • Аброськин Василий Алексеевич
  • Голованов Юрий Матвеевич
  • Дмитриев Геннадий Валерьевич
  • Дюдин Александр Евгеньевич
RU2269458C2
УНИВЕРСАЛЬНОЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АГРЕГАТОВ С БОЛЬШОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТЬЮ 2005
  • Егошин Александр Валерьевич
  • Музыря Олег Игоревич
  • Моторин Виктор Николаевич
  • Фролов Александр Михайлович
RU2290584C2
РАБОЧИЙ ОРГАН МАШИНЫ ДЛЯ СРЕЗАНИЯ КУСТАРНИКА И ПОРОСЛИ 2007
  • Царев Евгений Михайлович
  • Репина Ксения Александровна
RU2332839C1
US 20110001013 A1, 06.01.2011.

RU 2 485 027 C2

Авторы

Халиманович Владимир Иванович

Лавров Виктор Иванович

Колесников Анатолий Петрович

Цивилев Иван Николаевич

Попов Алексей Викторович

Шайбин Артем Олегович

Ганенко Сергей Алексеевич

Акчурин Георгий Владимирович

Акчурин Владимир Петрович

Даты

2013-06-20Публикация

2011-08-05Подача