СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2024 года по МПК B64G1/50 

Изобретение относится к гидросистемам, входящим в состав систем обеспечения теплового режима (СОТР) космических аппаратов.

Известно устройство системы терморегулирования (СТР) (аналог, патент №2288143). Предлагаемая система содержит замкнутый жидкостный контур с теплоносителем, состоящий из жидкостных подконтуров модуля служебных систем (МСС) и модуля полезной нагрузки (МЛН). Подконтур МСС включает в себя соединенные между собой трубопроводами регулятор расхода теплоносителя, жидкостный коллектор термостатируемой панели с приборами МСС, компенсатор объема и электронасосный агрегат. Первый выход регулятора расхода соединен с входом основного радиатора, а второй выход - с байпасной линией. На входе и выходе подконтура МСС имеются гидроразъемы, которые состыкованы с входным и выходным гидроразъемами жидкостного подконтура МЛН. Последние соединены с входом и выходом жидкостного коллектора термостатируемой панели с приборами МЛН. При этом на МЛН установлен дополнительный радиатор подконтура МСС, вход и выход которого через дополнительные входные и выходные гидроразъемы, введенные с состав обоих модулей, соединены соответственно с выходом дополнительного радиатора и байпасной линией.

Недостатком данной системы является низкая надежность, связанная с отказом электронасосного агрегата и регулятора расхода теплоносителя. В случае выхода из строя любого из этих агрегатов СТР становится неработоспособной. Следовательно, нарушается тепловой режим КА.

Известно устройство системы терморегулирования космического объекта (прототип, патент №2404092). Система содержит связанные между собой замкнутые циркуляционные контуры обогрева и охлаждения. Контур обогрева содержит соединенные между собой гидроблок с датчиком перепада давления, газожидкостные и змеевиковые теплообменники, термоплаты, регулятор расхода жидкости (РР) и регулятор-переключатель жидкости (РП), датчики температуры жидкости, гидрокомпенсатор и дренажный клапан. Каждый из датчиков через блок управления электрически связан с РР и РП. В контуре охлаждения последовательно установлены гидроблок с датчиком перепада давления и радиационный теплообменник (РО), соединенные между собой трубопроводами. РР выполнен с шаговым двигателем, позволяющим плавно регулировать положение регулирующей заслонки, а, следовательно, и интенсивность энергообмена между контурами. РП имеет три режима работы: поток теплоносителя из контура обогрева целиком направлен в контур охлаждения, переток теплоносителя между контурами полностью исключен, и поток теплоносителя направлен в PP. Первые выходы РР и РП подключены к контуру охлаждения, а вторые выходы - к контуру обогрева. Третий выход РП направляет теплоноситель на вход PP.

Недостатком прототипа является невозможность отвода излишков тепла от теплоносителя в контуре охлаждения в случае отказа гидроблока этого контура. Отсутствие циркуляции теплоносителя в контуре охлаждения в случае отказа гидроблока приводит к тому, что при переключении потока теплоносителя из контура обогрева в контур охлаждения теплоноситель проходит по пути наименьшего сопротивления в обход РО. В результате нарушается тепловой режим КА.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности СТР космического объекта при длительном сроке эксплуатации путем обеспечения работоспособности СТР при отказе гидроблока холодного контура.

Поставленная задача решается тем, что система терморегулирования космического объекта, содержащая связанные между собой контуры обогрева и охлаждения, блок управления, при этом контур обогрева содержит последовательно соединенные между собой по меньшей мере один гидроблок с датчикаом перепада давления, газожидкостные теплообменники, регулятор-переключатель и регулятор расхода, датчики температуры, электрически связанные с регулятором-переключателем и регулятором расхода через блок управления, змеевиковые теплообменники, термоплаты, гидрокомпенсатор с дренажным клапаном, контур охлаждения содержит последовательно соединенные между собой трубопроводами гидроблок с датчиком перепада давления и радиационный теплообменник, причем регулятор-переключатель и регулятором расхода своими первыми выходами подключены к контуру охлаждения, вторыми выходами к контуру обогрева, а третий выход регулятора-переключателя соединен со входом регулятора расхода, согласно предложенному техническому решению контур охлаждения включает сужающее устройство, размещенное между первыми выходами регулятора-переключателя и регулятора расхода, подключенными к контуру охлаждения своими.

Кроме того, контуры обогрева и охлаждения системы терморегулирования содержат резервные гидроблоки, установленные параллельно гидроблокам каждого из контуров, при этом каждое параллельное соединение снабжено перепускным клапаном.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами:

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы терморегулирования космического объекта.

На фиг. 2 изображено движение теплоносителя при отказе гидроблока контура охлаждения в случае отсутствия сужающего устройства и отсутствия резервных гидроблоков.

На фиг. 3 изображено движение теплоносителя в случае использования резервных гидроблоков и клапанов перепуска.

На фиг. 4 изображено движение теплоносителя при отказе гидроблоков контура охлаждения при наличии сужающего устройства.

Дополнительные стрелки на трубопроводах показывают направление движения теплоносителя.

Система терморегулирования космического объекта (фиг. 1) включает в себя связанные между собой замкнутые циркуляционные контуры обогрева 1 и охлаждения 2, связанные через последовательно расположенные РП 3 и РР 4. Система также содержит блок управления 5.

РП 3 имеет три выхода. Выход 3.1 РП 3 подключен к контуру охлаждения 2 через трубопровод 6, выход 3.2 - к контуру обогрева 1 через трубопровод 7, а выход 3.3 - ко входу РР 4.

РР 4 имеет два выхода. Выход 4.1 подключен к контуру охлаждения 2 через трубопровод 8, а выход 4.2 - к контуру обогрева 1 через трубопровод 9.

В контуре обогрева установлены параллельно друг другу основной гидроблок 10 и резервный гидроблок 11, снабженные датчиками перепада давления соответственно 12 и 13. Магистрали нагнетания гидроблоков 10 и 11 объединяются клапаном перепуска 14, который не препятствует принудительному прямому протоку жидкости.

Кроме этого, в контуре 1 последовательно установлены газожидкостные теплообменники 15, змеевиковый теплообменник 16, термоплаты 17. Гидрокомпенсатор 18 с дренажным клапаном 19 установлены на трубопроводе ответвления от контура 1.

Также на трубопроводе контура обогрева 1 установлены датчики температуры 20, каждый из которых через блок управления 5 электрически связан с РП 3 и РР 4, а также гидроблоками 10 и 11 контура обогрева 1 и гидроблоками 21 и 22 контура охлаждения 2.

Контур охлаждения 2 содержит параллельно установленные основной гидроблок 21 и резервный гидроблок 22, снабженные датчиками перепада давления соответственно 23 и 24. Магистрали нагнетания гидроблоков 21 и 22 объединяются клапаном перепуска 25. В контур 2 входит также радиационный теплообменник 26.

В контуре охлаждения 2 между трубопроводом 6 подключения к контуру охлаждения от РП 3 и трубопроводом 8 подключения к контуру охлаждения от РР 4 установлено сужающее устройство 27. Возврат теплоносителя из контура 2 в контур 1 осуществляется по трубопроводу 28.

Установка сужающего устройства 27 в контуре охлаждения повышает местное гидравлическое сопротивление гидромагистрали в месте его установки.

Устройство работает следующим образом.

Циркуляция теплоносителя, например, Л3-ТК-2 в контуре обогрева 1 обеспечивается с помощью гидроблока 10, а в случае выхода его из строя -резервным гидроблоком 11. В контуре охлаждения 2 циркуляция теплоносителя обеспечивается гидроблоком 21, а в случае выхода его из строя - резервным гидроблоком 22. При этом обратный переток теплоносителя через неработающий гидроблок блокируется соответствующим клапаном перепуска под действием напора, создаваемого работающим гидроблоком.

Теплоноситель Л3-ТК-2 функционирует в рабочем диапазоне температур от минус 80 до плюс 50°С. Датчики перепада давления 12, 13, 23 и 24 установлены для контроля за работой соответствующего гидроблока. За счет теплообмена с циркулирующим теплоносителем в змеевиковом теплообменнике 16, термоплатах 17 и газожидкостных теплообменниках 15 обеспечивается термостатирование приборов и агрегатов, установленных на термоплатах, и поддержание температуры газовой среды в заданном допусковом диапазоне в отсеках космического объекта. В устройстве установлен гидрокомпенсатор 18 с дренажным клапаном 19 для компенсации температурных изменений объема и утечек теплоносителя в контурах системы терморегулирования космического объекта.

РР 4 по сигналу блока управления 5 в зависимости от показаний датчиков температуры 20 изменяет соотношение расходов теплоносителя, направляемого в магистрали контура обогрева 1 и контура охлаждения 2, осуществляя регулирование отвода избытка тепла от космического объекта и, при необходимости, излучения с поверхности радиационного теплообменника 26 в космическое пространство или отключение контура охлаждения 2 и перепуск теплоносителя по контуру обогрева 1.

При нормальной работе РР 4 РП 3 обеспечивает пропуск теплоносителя через выход 3.3.

При исправных основном или резервном гидроблоках контура 2 установка сужающего устройства 27 в контур охлаждения практически не сказывается на работе СТР. Незначительно повышается общее гидравлическое сопротивление контура охлаждения 2, в результате чего происходит незначительное снижение электропотребления электродвигателя гидроблока 21 или 22.

Сущность изобретения проявляется при отказе гидроблоков 21 и 22, например, в случае аварийной ситуации.

На фиг. 2 показан вариант поведения системы терморегулирования без сужающего устройства 27 и без резервных гидроблоков в случае выхода из строя основного гидроблока 21 контура охлаждения. При отказе гидроблока 21 движение теплоносителя в контуре 2 происходит под действием гидроблока 10 контура 1 по пути наименьшего гидравлического сопротивления, то есть напрямую от трубопровода 8 к трубопроводу 28. При этом расход теплоносителя через РО 26 пренебрежимо мал, в результате чего не происходит охлаждения теплоносителя. Это, в свою очередь, ведет к перегреву КА.

На фиг. 3 показано, что при отказе любого из основных гидроблоков 10 или 21 блок управления автоматически включает в работу резервные гидроблоки 11 или 22 соответственно. Регулирование температуры теплоносителя в контуре обогрева ведется по штатной схеме при помощи РР 4. При этом обратный переток теплоносителя через отказавший гидроблок блокируется клапанами перепуска 14 в контуре обогрева и 25 в контуре охлаждения. Управляющее воздействие от блока управления клапану перепуска не требуется, блокировка происходит благодаря конструкции клапана под действием напора, создаваемого работающим гидроблоком.

На фиг. 4 показано, что при отказе гидроблоков 21 и 22 РП 3 по команде от блока управления 5 переключает поток теплоносителя с выхода 3.3 на выход 3.1 через трубопровод 6 напрямую в контур охлаждения, где, благодаря сужающему устройству 27, происходит перераспределение потоков теплоносителя и большая часть теплоносителя продолжает движение через РО 26 под действием работающего гидроблока 10 или 11 контура 1. При понижении температуры теплоносителя в районе датчиков 20 РП 3 по команде блока управления 5 переключает поток теплоносителя на выход 3.2 в трубопровод 7, минуя контур охлаждения. Таким образом, сохраняется работоспособность СТР при некотором снижении качества регулирования температуры теплоносителя в контуре обогрева. Эффект, получаемый от использования сужающего устройства в заявляемом изобретении, а именно, качественное изменение схемы потока жидкости в контуре охлаждения при остановке гидроблока этого контура, возможен исключительно благодаря выбору места установки сужающего устройства между трубопроводами 6 и 8. Следовательно, расположение сужающего устройства между трубопроводами 6 и 8 является существенным отличительным признаком предполагаемого изобретения.

Заявленная конструкция позволяет повысить надежность работы системы терморегулирования космического объекта при длительном сроке эксплуатации.

Изобретение относится к области космической техники, в частности к гидросистемам, входящим в состав систем обеспечения теплового режима космических аппаратов. Система терморегулирования космического объекта содержит связанные между собой замкнутые циркуляционные контуры обогрева и охлаждения, систему управления. Контур обогрева содержит последовательно соединенные между собой гидроблок с датчиком перепада давления, газожидкостные теплообменники, регулятор-переключатель и регулятор расхода жидкости, выполненные с шаговыми двигателями, датчики температуры, электрически связанные с регулятором-переключателем и регулятором расхода жидкости через систему управления, змеевиковый теплообменник, термоплаты, гидрокомпенсатор с дренажным клапаном. Контур охлаждения содержит последовательно соединенные между собой трубопроводами гидроблок с датчиком перепада давления и радиационный теплообменник. В контуре охлаждения между линиями подключения к контуру охлаждения от регулятора-переключателя и регулятора расхода жидкости установлено сужающее устройство. Достигается повышение надежности работы системы терморегулирования космического объекта при длительном сроке эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система терморегулирования космического объекта, содержащая связанные между собой контуры обогрева и охлаждения, блок управления, при этом контур обогрева содержит последовательно соединенные между собой по меньшей мере один гидроблок с датчиком перепада давления, газожидкостные теплообменники, регулятор-переключатель и регулятор расхода, датчики температуры, электрически связанные с регулятором-переключателем и регулятором расхода через блок управления, змеевиковые теплообменники, термоплаты, гидрокомпенсатор с дренажным клапаном, контур охлаждения содержит последовательно соединенные между собой трубопроводами гидроблок с датчиком перепада давления и радиационный теплообменник, причем регулятор-переключатель и регулятор расхода своими первыми выходами подключены к контуру охлаждения, вторыми выходами к контуру обогрева, а третий выход регулятора-переключателя соединен со входом регулятора расхода, отличающаяся тем, что контур охлаждения включает сужающее устройство, размещенное между первыми выходами регулятора-переключателя и регулятора расхода, подключенными к контуру охлаждения.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что контуры обогрева и охлаждения содержат резервные гидроблоки, установленные параллельно гидроблокам каждого из контуров, при этом каждое параллельное соединение снабжено перепускным клапаном.