RU2536760C1 - Heat transfer panel of space vehicle - Google Patents
Heat transfer panel of space vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536760C1 RU2536760C1 RU2013151355/06A RU2013151355A RU2536760C1 RU 2536760 C1 RU2536760 C1 RU 2536760C1 RU 2013151355/06 A RU2013151355/06 A RU 2013151355/06A RU 2013151355 A RU2013151355 A RU 2013151355A RU 2536760 C1 RU2536760 C1 RU 2536760C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- panel
- heat
- heat pipes
- devices
- sections
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в системах терморегулирования космических аппаратов (КА) при обеспечении теплового режима оборудования, установленного на искусственных спутниках Земли, межпланетных станциях, спускаемых аппаратах и других космических объектах.The invention relates to space technology and can be used in systems of thermoregulation of spacecraft (SC) while providing thermal conditions for equipment installed on artificial Earth satellites, interplanetary stations, descent vehicles and other space objects.
Известно использование тепловых сотопанелей (ТСП) для обеспечения теплового режима оборудования и приборов КА. Тепловая сотопанель является эффективным теплопередающим устройством, представляющим собой, как правило, плоскую, трехслойную конструкцию, (образованную из двух тонких обечаек и сотового наполнителя), внутри которой встроены закладные элементы для крепления приборов и тепловые трубы с герметичными полостями, заполненными теплоносителем. ТСП одновременно выполняет тепловые и прочностные функции при создании негерметичных приборных отсеков КА различной конфигурации. Оборудование, которое устанавливается на тепловую сотопанель, имеет плоские контактные основания, через которые тепло, выделяемое указанным оборудованием, поступает в тепловые трубы (ТТ), встроенные в ТСП, а затем (при необходимости, через дополнительные теплопроводы) к радиационным теплообменникам.It is known to use thermal honeycomb panels (TSC) to ensure the thermal regime of the equipment and devices of the spacecraft. Thermal honeycomb panel is an effective heat transfer device, which is usually a flat, three-layer structure (formed of two thin shells and honeycomb filler), inside which are embedded elements for fastening devices and heat pipes with sealed cavities filled with coolant. TSP simultaneously performs thermal and strength functions when creating leaking spacecraft instrument compartments of various configurations. The equipment that is installed on the thermal honeycomb panel has flat contact bases through which the heat generated by the specified equipment enters the heat pipes (TT) built into the heat exchangers, and then (if necessary, through additional heat pipes) to the radiation heat exchangers.
Известен КА, содержащий негерметичный приборный контейнер, выполненный в виде параллелепипеда, все боковые грани которого являются трехслойными сотопанелями (патент RU 2463219, приоритет от 26.04.2011, B64G 1/10, B64G 1/50). Сотопанели выполнены в виде обшивки из двух тонких металлических (например, из сплава алюминия) листов с сотовым наполнителем. Внутри панели проложены тепловые трубы, а тепловыделяющие приборы устанавливаются на поверхности сотопанели. Все сотопанели приборного контейнера соединены в единую тепловую сеть коллекторными тепловыми трубами. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить плотность компоновки приборного контейнера и улучшить термостабилизацию приборов и оборудования за счет обеспечения возможности перераспределения тепловых потоков между сотопанелями и обеспечения равномерного распределения температур в пределах каждой сотопанели, но такое решение не обеспечивает достаточно эффективный теплообмен между охлаждаемым оборудованием и встроенными тепловыми трубами.A spacecraft is known that contains an unpressurized instrument container made in the form of a parallelepiped, all side faces of which are three-layer honeycomb panels (patent RU 2463219, priority date 04/26/2011, B64G 1/10, B64G 1/50). Honeycomb panels are made in the form of lining of two thin metal (for example, aluminum alloy) sheets with honeycomb filler. Heat pipes are laid inside the panel, and heat-generating devices are installed on the surface of the honeycomb panel. All honeycomb panels of the instrument container are connected into a single heat network by collector heat pipes. The proposed technical solution allows to increase the density of the arrangement of the instrument container and improve the thermal stabilization of instruments and equipment by providing the possibility of redistributing heat fluxes between the honeycomb panels and ensuring an even temperature distribution within each honeycomb panel, but this solution does not provide sufficiently efficient heat transfer between the cooled equipment and the integrated heat pipes.
Причиной этого являются конструктивные особенности ТСП, о которых говорится, например, в статье «Двухфазная система терморегулирования с раскрываемыми холодильниками-излучателями спутника связи с повышенной энерговооруженностью» (Кривов Е.В., ж. «Молодой ученый» №1 (24), Январь, 2011 г.). Здесь, в частности, указано, что при изготовлении трехслойных сотопанелей применяются клеевые соединения, которые должны обеспечить эффективный тепловой контакт корпусов тепловых труб с обшивкой панели из алюминиевых листов. При этом, тепло, выделяемое контактными основаниями установленного оборудования, поступает в тепловые трубы данных ТСП не напрямую, а через обшивку и клеевое соединение.The reason for this is the design features of the TSP, which are mentioned, for example, in the article “Two-phase thermal control system with disclosed refrigerators-emitters of a communication satellite with increased power availability” (Krivov E.V., “Young Scientist” No. 1 (24), January , 2011). Here, in particular, it is indicated that in the manufacture of three-layer honeycomb panels, adhesive joints are used, which should ensure effective thermal contact of the heat pipe bodies with the paneling of aluminum sheets. At the same time, the heat generated by the contact bases of the installed equipment does not enter the heat pipes of these TSPs directly, but through the sheathing and adhesive joint.
В ряде случаев, особенно для малогабаритных приборов с высоким тепловыделением или для крестообразных (рекуперативных) соединений тепловых труб с коллекторными теплопроводами, такой тип соединения является недостаточно эффективным, ввиду низкой теплопроводности клея (на два-три порядка ниже, чем у алюминия), что можно классифицировать как серьезный недостаток данной конструкции (и технологии).In some cases, especially for small-sized devices with high heat generation or for cruciform (recuperative) joints of heat pipes with collector heat conduits, this type of connection is not effective enough due to the low thermal conductivity of the adhesive (two to three orders of magnitude lower than that of aluminum), which can classified as a serious drawback of this design (and technology).
Наиболее близким аналогом к заявленной теплопередающей панели КА, выбранным в качестве прототипа, является теплопередающая панель, у которой обшивка ТСП разрезана таким образом, чтобы тепловая труба имела непосредственный контакт с плоским установочным (контактным) основанием прибора (патент US 5682943, опубл. 01.07.1996, B64G 1/58, B64G 1/22). Данное техническое решение позволяет повысить эффективность теплового контакта между имеющимися в панели тепловыми трубами, охлаждаемым оборудованием и другими элементами теплопередающего тракта, осуществляющими передачу тепла к радиационному теплообменнику системы терморегулирования. Однако предложенная конструкция требует усложнения технологии изготовления ТСП, при этом вырезы в обшивке могут привести к потере прочностных характеристик ТСП и, следовательно, снизить надежность конструкции. Кроме того, применение клея при изготовлении сотопанели, впоследствии, в условиях космического вакуума, приводит к повышенному выделению из ТСП различных газов, что негативно сказывается на оптических приборах служебных систем и целевого оборудования (телескопах, многоспектральных сканирующих устройств, оптических датчиков и т.п.). При этом клеевые соединения ограничивают температурный диапазон эксплуатации ТСП, а также подвержены старению и деградации характеристик. Кроме этого, клееная ТСП не допускает механообработки, в случае, когда необходимо «довести» (снизить) неплоскостность или шероховатость поверхности на уже изготовленной панели.The closest analogue to the claimed spacecraft heat transfer panel, selected as a prototype, is a heat transfer panel, in which the casing is cut so that the heat pipe has direct contact with the flat mounting (contact) base of the device (patent US 5682943, publ. 01.07.1996 , B64G 1/58, B64G 1/22). This technical solution allows to increase the efficiency of thermal contact between the heat pipes in the panel, the equipment to be cooled, and other elements of the heat transfer path that transfer heat to the radiation heat exchanger of the temperature control system. However, the proposed design requires complication of the technology for manufacturing TSP, while cutouts in the skin can lead to a loss of strength characteristics of the TSP and, therefore, reduce the reliability of the design. In addition, the use of glue in the manufacture of honeycomb panels, subsequently, under conditions of space vacuum, leads to an increased release of various gases from the PMT, which negatively affects the optical devices of service systems and target equipment (telescopes, multispectral scanning devices, optical sensors, etc. ) At the same time, adhesive joints limit the temperature range of the operation of the TSP, and are also subject to aging and degradation of characteristics. In addition, glued TSP does not allow machining, in the case when it is necessary to "bring" (reduce) the non-flatness or surface roughness on an already manufactured panel.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является увеличение эффективности теплового контакта между охлаждаемым оборудованием и встроенными тепловыми трубами, снижение температурного перепада между источником и стоком тепла, исключение клея из применяемых материалов, повышение надежности и долговечности, унификация составных элементов конструкции, а также существенное упрощение технологии изготовления приборной панели, которая сочетает в себе тепловые и прочностные функции.The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of thermal contact between the cooled equipment and the integrated heat pipes, reduce the temperature difference between the heat source and drain, eliminate glue from the materials used, increase reliability and durability, unify the structural components, and significantly simplify the technology manufacturing a dashboard that combines thermal and strength features.
Указанная задача обеспечивается тем, что в отличие от известной теплопередающей панели космического аппарата, содержащей металлическую обшивку и встроенные тепловые трубы, новым является то, что панель выполнена секционной и состоящей из жестко соединенных друг с другом отдельных пустотелых секций с тепловыми трубами, при этом каждая секция панели, включая тепловые трубы, выполнена в виде единой монолитной конструкции.This task is ensured by the fact that, in contrast to the well-known heat transfer panel of a spacecraft containing metal sheathing and integrated heat pipes, it is new that the panel is made sectional and consisting of separate hollow sections rigidly connected to each other with heat pipes, with each section panels, including heat pipes, are made in the form of a single monolithic design.
Кроме того, все секции с тепловыми трубами выполнены из алюминиевого сплава методом экструзии.In addition, all sections with heat pipes are made of aluminum alloy by extrusion.
Кроме того, секции панели соединены друг с другом с помощью шпилек, расположенных с внутренней стороны обшивки панели и проходящих через полости секций панели.In addition, the panel sections are connected to each other using studs located on the inside of the panel skin and passing through the cavities of the panel sections.
Кроме того, секции панели соединены друг с другом с помощью фермы, расположенной с наружной стороны обшивки панели.In addition, the panel sections are connected to each other by a truss located on the outside of the panel skin.
Кроме того, блоки приборов крепятся с помощью закладных элементов, устанавливаемых с внутренней стороны обшивки панели и обеспечивающих прижим блока к обшивке с помощью резьбового соединения.In addition, the instrument blocks are fastened with embedded elements installed on the inside of the panel skin and clamping the unit to the panel with a threaded connection.
Кроме того, тепловые трубы соединены между собой, по меньшей мере, одним общим коллектором, выполненным в виде тепловой трубы, при этом полости тепловых труб и коллектора, заправленные теплоносителем, образуют единую замкнутую испарительно-конденсационную систему.In addition, the heat pipes are interconnected by at least one common collector, made in the form of a heat pipe, while the cavity of the heat pipes and collector, filled with coolant, form a single closed evaporation-condensation system.
Кроме того, металлическая обшивка панели, со стороны, свободной от установки приборов, является радиационным теплообменником и выполнена переменной толщины, при этом ее толщина уменьшается, по мере удаления от тепловой трубы, согласно следующей зависимости:In addition, the metal sheathing of the panel, on the side free from the installation of devices, is a radiation heat exchanger and is made of variable thickness, while its thickness decreases, with distance from the heat pipe, according to the following dependence:
δ(x)=0,0001x2+0,0025x+1,1dδ (x) = 0.0001x 2 + 0.0025x + 1.1d
где:Where:
x - удаление обшивки от центра тепловой трубы, мм;x - removal of the casing from the center of the heat pipe, mm;
δ(x) - переменная толщина обшивки панели, со стороны, свободной от установки приборов, по мере удаления от тепловой трубы, мм;δ (x) is the variable thickness of the panel sheathing, on the side free from the installation of devices, with distance from the heat pipe, mm;
d - постоянная толщина обшивки со стороны установки приборов, мм, при этом 0,5≤d≤1,2 мм.d is the constant thickness of the skin on the installation side of the devices, mm, with 0.5≤d≤1.2 mm.
Кроме того, полости тепловых труб соединены последовательно, образуя, по меньшей мере, один змеевик теплообменника, по которому прокачивается жидкий теплоноситель.In addition, the cavities of the heat pipes are connected in series, forming at least one coil of the heat exchanger, through which the liquid coolant is pumped.
Кроме того, панель выполнена в виде радиационного теплообменника, у которого полости тепловых труб соединены между собой и используются в качестве конденсатора двухфазного теплопередающего контура.In addition, the panel is made in the form of a radiation heat exchanger, in which the cavity of the heat pipes are interconnected and are used as a condenser of a two-phase heat transfer circuit.
Кроме того, обшивка панели имеет вырезы в зонах, свободных от установки приборов.In addition, the panel skin has cutouts in areas free from instrument installation.
Кроме того, обшивка панели имеет утолщения в местах установки приборов.In addition, the panel sheathing has thickenings in the places where the devices are installed.
Выполнение панели секционной и состоящей из жестко соединенных друг с другом отдельных пустотелых секций с тепловыми трубами позволяет существенно упростить технологию изготовления приборной панели различных размеров и снизить температурный перепад в пределах секции и между секциями панели.The implementation of the sectional panel and consisting of separate hollow sections rigidly connected to each other with heat pipes allows us to significantly simplify the manufacturing technology of the dashboard of various sizes and reduce the temperature difference within the section and between the panel sections.
Выполнение каждой секции панели, включая тепловые трубы, в виде единой монолитной конструкции, позволяет улучшить тепловой контакт между охлаждаемым оборудованием и встроенными тепловыми трубами, исключить клей из применяемых материалов, повысить надежность и долговечность конструкции, а также существенно упростить технологию изготовления приборной панели.The execution of each section of the panel, including heat pipes, in the form of a single monolithic design, allows to improve the thermal contact between the cooled equipment and the built-in heat pipes, to eliminate glue from the materials used, to increase the reliability and durability of the structure, as well as to significantly simplify the technology of manufacturing the dashboard.
Изготовление панелей из алюминиевого сплава методом экструзии позволяет упростить технологию изготовления панелей и снизить затраты на их изготовление.The manufacture of aluminum alloy panels by extrusion allows us to simplify the manufacturing technology of panels and reduce the cost of their manufacture.
Соединение секций панели друг с другом с помощью шпилек, расположенных с внутренней стороны обшивки панели и проходящих через полости секций панели, позволят обеспечить жесткость соединения секций панели и упростить их сборку.The connection of the panel sections to each other with the help of studs located on the inside of the panel skin and passing through the cavity of the panel sections, will ensure the rigidity of the connection of the panel sections and simplify their assembly.
Соединение секций панели друг с другом с помощью фермы, расположенной с наружной стороны обшивки панели, позволят обеспечить жесткость соединения секций панели и уменьшить ограничения на размещение тепловых труб во внутренней полости панели.The connection of the panel sections to each other using a truss located on the outside of the panel skin will ensure the rigidity of the connection of the panel sections and reduce restrictions on the placement of heat pipes in the internal cavity of the panel.
Крепление приборов к панелям с помощью закладных элементов, например пластин с резьбовыми отверстиями, устанавливаемых с внутренней стороны обшивки панелей, позволяет повысить и распределить более равномерно по поверхности усилие стягивания и тем самым улучшить тепловой контакт между приборами и панелью, а также исключить клеевые соединения.The fastening of devices to panels using embedded elements, for example, plates with threaded holes mounted on the inner side of the panel sheathing, makes it possible to increase and distribute the pulling force more evenly on the surface and thereby improve thermal contact between the devices and the panel, and also to eliminate adhesive joints.
Соединение тепловых труб между собой, по меньшей мере, одним общим коллектором, выполненным в виде тепловой трубы, с образованием единой замкнутой испарительно-конденсационной системы позволяет повысить эффективность теплопередачи между охлаждаемым оборудованием и тепловыми панелями, а также между отдельными секциями в пределах одной панели.The connection of the heat pipes to each other with at least one common collector, made in the form of a heat pipe, with the formation of a single closed evaporation and condensation system allows to increase the heat transfer efficiency between the cooled equipment and the heat panels, as well as between the individual sections within the same panel.
Выполнение металлической обшивки панели, со стороны, свободной от установки приборов, переменной толщины, которая уменьшается, по мере удаления от тепловой трубы, согласно следующей зависимости:The execution of the metal cladding of the panel, on the side free from the installation of devices, of a variable thickness, which decreases with distance from the heat pipe, according to the following dependence:
δ(x)=0,0001x2+0,0025x+1,1dδ (x) = 0.0001x 2 + 0.0025x + 1.1d
где:Where:
x - удаление обшивки панели от центра тепловой трубы, мм;x - removal of the panel skin from the center of the heat pipe, mm;
δ(x) - переменная толщина обшивки панели, со стороны, свободной от установки приборов, по мере удаления от тепловой трубы, мм;δ (x) is the variable thickness of the panel sheathing, on the side free from the installation of devices, with distance from the heat pipe, mm;
d - постоянная толщина обшивки со стороны установки приборов, мм, при этом 0,5≤d≤1,2 ммd is the constant thickness of the casing from the installation side of the devices, mm, with 0.5≤d≤1,2 mm
позволяет снизить массу теплопередающей панели при использовании ее в качестве радиационного теплообменника.allows to reduce the mass of the heat transfer panel when using it as a radiation heat exchanger.
Последовательное соединение труб панели, с образованием, по меньшей мере, одного змеевика теплообменника, по которому прокачивается жидкий теплоноситель, улучшает условия теплообмена с теплопередающей панелью и позволяет подключить панель непосредственно к жидкостной циркуляционной системе.The serial connection of the panel tubes, with the formation of at least one heat exchanger coil, through which the liquid coolant is pumped, improves the conditions of heat exchange with the heat transfer panel and allows you to connect the panel directly to the liquid circulation system.
Выполнение панели в виде радиационного теплообменника, у которого полости труб соединены между собой и используются в качестве конденсатора двухфазного теплопередающего контура, улучшает условия сброса тепла с теплопередающей панели и позволяет подсоединить панель непосредственно к двухфазному циркуляционному контуру, в частности, к испарителю контурной тепловой трубы.The implementation of the panel in the form of a radiation heat exchanger, in which the pipe cavities are interconnected and used as a condenser of a two-phase heat transfer circuit, improves the conditions of heat removal from the heat transfer panel and allows you to connect the panel directly to the two-phase circulation circuit, in particular, to the evaporator of the heat transfer circuit.
Наличие в обшивке панели вырезов в зонах, свободных от установки приборов, снижает массу панелей без ухудшения их тепловых характеристик.The presence of cutouts in the panel skin in areas free from instrument installation reduces the weight of the panels without deteriorating their thermal characteristics.
Наличие в обшивке панелей утолщений в местах установки приборов повышает эффективность теплопередачи между охлаждаемым оборудованием и встроенными тепловыми трубами.The presence of thickenings in the paneling of the device installation sites increases the heat transfer efficiency between the cooled equipment and the integrated heat pipes.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
Фиг.1 - сечение теплопередающей панели при односторонней установке приборов;Figure 1 is a cross section of a heat transfer panel with a one-sided installation of devices;
Фиг.2 - сечение теплопередающей панели при двухсторонней установке приборов и двухрядным размещением тепловых труб;Figure 2 is a cross section of a heat transfer panel with two-sided installation of devices and double-row placement of heat pipes;
Фиг.3 - общий вид панели, при объединении тепловых труб панели в единую испарительно-конденсационную систему с помощью коллектора (коллекторной тепловой трубы);Figure 3 is a General view of the panel, when combining the heat pipes of the panel into a single evaporative condensation system using a collector (collector heat pipe);
Фиг.4 - общий вид панели при соединении полостей, изготовленных под тепловые трубы, в проточный змеевиковый теплообменник для прокачки через него жидкого теплоносителя;Figure 4 is a General view of the panel when connecting the cavities made under heat pipes into a flow-through coil heat exchanger for pumping liquid heat carrier through it;
Фиг.5 - сечение теплопередающей панели при использовании панели в качестве одностороннего радиационного теплообменника, объединяющего в себе функции радиатора и конденсатора двухфазного контура;5 is a cross section of a heat transfer panel when using the panel as a one-sided radiation heat exchanger, combining the functions of a radiator and a condenser of a two-phase circuit;
Фиг.6 - сечение теплопередающей панели при использовании панели в качестве двухстороннего радиационного теплообменника.6 is a cross section of a heat transfer panel when using the panel as a two-sided radiation heat exchanger.
Фиг.7 - диаграмма изменения толщины обшивки панели по мере удаления от тепловой трубы.7 is a diagram of changes in the thickness of the paneling with distance from the heat pipe.
Предлагаемая теплопередающая панель, показанная на Фиг.1, содержит несколько жестко соединенных друг с другом пустотелых монолитных металлических секций (1), в каждой из которых имеется полость (2), которая герметично закрывается, заправляется теплоносителем и выполняет функцию тепловой трубы. Соединение нескольких секций друг с другом позволяет построить панель необходимых размеров. Все секции панели крепятся к силовым элементам КА и могут быть соединены механическим крепежом или сварены между собой.The proposed heat transfer panel, shown in Fig. 1, contains several rigidly connected to each other hollow monolithic metal sections (1), each of which has a cavity (2), which is hermetically closed, filled with a coolant and acts as a heat pipe. The connection of several sections with each other allows you to build a panel of the required size. All sections of the panel are attached to the power elements of the spacecraft and can be connected by mechanical fasteners or welded together.
Капиллярной структурой в тепловой трубе могут служить продольные канавки, которые, например, могут быть изготовлены совместно с другими элементами сечения секции методом экструзии, а паровой канал может иметь круглое сечение. В этом случае, центральную полость необходимо герметично закрыть и заправить теплоносителем (обычно аммиаком). При необходимости может быть применен и другой тип капиллярной структуры, например, артериальный с раздающей структурой в виде резьбовых канавок.The capillary structure in the heat pipe can be longitudinal grooves, which, for example, can be made together with other elements of the section of the section by extrusion, and the steam channel can have a circular cross section. In this case, the central cavity must be hermetically sealed and filled with a coolant (usually ammonia). If necessary, another type of capillary structure can be used, for example, arterial with a distributing structure in the form of threaded grooves.
Обшивка каждой секции имеет две плоские грани (3), к которым крепятся блоки приборов (4), или за которые панель крепится к силовым элементам (5) КА. Для осуществления надежного крепления приборов к панели, а также для крепления самой панели используют резьбовые соединения. Ответной частью служат устанавливаемые с внутренней стороны обшивки панели закладные элементы, например, плоские пластины с резьбовыми отверстиями (или проходными отверстиями под гайку снаружи) (6), которые вставляются с торцевой части каждой секции внутрь полостей (7) и подводятся в нужное место.The skin of each section has two flat faces (3) to which the instrument blocks (4) are attached, or for which the panel is attached to the power elements (5) of the spacecraft. For the implementation of reliable fastening of devices to the panel, as well as for mounting the panel itself, threaded connections are used. The reciprocal elements are embedded elements installed on the inside of the panel skin, for example, flat plates with threaded holes (or through holes for the nut from the outside) (6), which are inserted from the end of each section into the cavities (7) and brought to the right place.
Профили полостей под ТТ (2) могут иметь различную конфигурацию, например, быть выполненными в виде сдвоенных ТТ, расположенных в два ряда так, чтобы увеличить строительную высоту теплопередающей панели. Приборы (4) могут устанавливаться на панель с двух сторон (Фиг.2). Возможно соединение тепловых труб панели с коллекторной тепловой трубой (8) по капиллярной структуре и по паровым каналам таким образом, чтобы все каналы ТТ, включая коллекторный, соединились в единую замкнутую испарительно-конденсационную систему (Фиг.3). Такая система герметична, имеет общую капиллярную структуру, заправленную общим теплоносителем, и единую систему сообщающихся между собой паровых каналов. Создание такого сложного соединения является известной, решенной на практике инженерной задачей, а в настоящем случае предлагается выполнять соединение ТТ между собой с помощью артериальной капиллярной структуры (типа сегментная артерия с резьбовой раздающей капиллярной структурой). В данном решении контактные термические сопротивления между тепловыми трубами, встроенными в панель, и коллекторной тепловой трубой будут исключены из теплопередающего тракта, что дополнительно снизит как общий перепад температуры, так и температурный градиент по панели.The cavity profiles under the CT (2) can have a different configuration, for example, be made in the form of dual CTs arranged in two rows so as to increase the construction height of the heat transfer panel. Devices (4) can be installed on the panel from two sides (Figure 2). It is possible to connect the heat pipes of the panel with the collector heat pipe (8) through the capillary structure and through the steam channels so that all the CT channels, including the collector, are connected into a single closed evaporative-condensation system (Figure 3). Such a system is tight, has a common capillary structure, filled with a common coolant, and a single system of steam channels communicating with each other. The creation of such a complex connection is a well-known engineering problem solved in practice, and in the present case, it is proposed to connect the TTs to each other using an arterial capillary structure (such as a segmented artery with a threaded capillary distributing structure). In this solution, the contact thermal resistance between the heat pipes embedded in the panel and the collector heat pipe will be excluded from the heat transfer path, which will further reduce both the total temperature drop and the temperature gradient across the panel.
Также полости теплопередающей панели можно соединить в змеевик (9) проточного теплообменника (Фиг.4). Известно, что в ТСП и в фрезерованных тепловых панелях тепловые трубы, иногда заменяют на трубы жидкостной СТР, внутри которых (с помощью насоса) прокачивается жидкий теплоноситель. Это решение предлагается применять и для заявляемых теплопередающих панелей, т.е. панелей, собранных из монолитных секций. Для этого соответствующие каналы секций соединяются в проточный теплообменник по правилам, которые применяются при конструировании жидкостной или двухфазной СТР.Also, the cavity of the heat transfer panel can be connected to the coil (9) of the flow-through heat exchanger (Figure 4). It is known that in TSPs and in milled thermal panels, heat pipes are sometimes replaced by liquid STR pipes, inside of which (with the help of a pump) liquid coolant is pumped. This solution is proposed to be applied to the claimed heat transfer panels, i.e. panels assembled from monolithic sections. To do this, the corresponding channels of the sections are connected to a flow-through heat exchanger according to the rules that apply when designing a liquid or two-phase MFR.
В случае, если такой проточный теплообменник используется в качестве конденсатора двухфазного теплопередающего контура - диаметр каналов может быть относительно небольшим (2-4 мм), а стенки каналов - гладкими. Подобные радиаторы-конденсаторы, но на базе ТСП, широко применяются для КА.If such a flow-through heat exchanger is used as a condenser of a two-phase heat transfer circuit, the diameter of the channels can be relatively small (2-4 mm), and the walls of the channels can be smooth. Similar radiators-condensers, but based on TSP, are widely used for spacecraft.
Возможно объединение конденсатора двухфазного контура с радиатором, (как завершающим элементом теплопередающего тракта), см. Фиг.5. Здесь, конденсатор двухфазной системы (полости секций, отмеченные поз.2) представляет собой систему цилиндрических гладкостенных каналов, имеющих круглое сечение малого диаметра. Такие каналы могут быть соединены последовательно, как показано на Фиг.4, а могут иметь совокупность соединений как параллельных, так и последовательных, сохраняя при этом принцип проточного теплообменника, имеющего вход и выход.It is possible to combine a two-phase capacitor with a radiator (as a final element of the heat transfer path), see Figure 5. Here, the capacitor of a two-phase system (cavity cavities, marked pos. 2) is a system of cylindrical smooth-walled channels having a circular cross section of small diameter. Such channels can be connected in series, as shown in Figure 4, but can have a combination of connections, both parallel and serial, while maintaining the principle of a flow-through heat exchanger having an input and an output.
Заявляемая панель может использоваться в качестве двухстороннего радиатором-конденсатором двухфазного контура (Фиг.6). При конструировании двухстороннего радиатора на базе монолитных безсотовых секций соединение секций можно производить с помощью шпилек (10), т.е. не закрывать излучающие поверхности элементами креплений. Такое решение дает возможность максимально открыть обшивки панели для излучения в окружающее пространство. Сам радиатор, при этом, должен крепиться к КА с использованием торцевых граней панелей.The inventive panel can be used as a two-sided radiator-capacitor of a two-phase circuit (Fig.6). When designing a double-sided radiator based on monolithic cell-free sections, the sections can be connected using studs (10), i.e. Do not cover radiating surfaces with fasteners. This solution makes it possible to open the panel skin as much as possible for radiation into the surrounding space. The radiator itself, in this case, must be attached to the spacecraft using the end faces of the panels.
В случае, если сама панель с установленными приборами используется для сброса тепла излучением с помощью оппозитной грани обшивки по отношению к грани, на которой установлены приборы, - толщину излучающей грани можно оптимизировать. Применение экструзии при изготовлении секций панели позволяет выполнить грани обшивки с переменным сечением и, соответственно, снизить массу панели.If the panel itself with installed devices is used to discharge heat by radiation using the opposite face of the casing with respect to the face on which the devices are installed, the thickness of the radiating face can be optimized. The use of extrusion in the manufacture of panel sections allows you to perform facets of sheathing with a variable cross section and, accordingly, reduce the weight of the panel.
Как правило, шаг тепловых труб регламентируется технологией производства тепловых панелей, подобных ТСП. В практике, для российских КА, применяется шаг тепловых труб в диапазоне 70-140 мм. На диаграмме Фиг.7 выполнен анализ эффективности излучающего ребра при максимальном шаге ТТ. Из диаграммы видно, что уменьшение сечения ребра по определенному закону позволяет сохранить интегральную эффективность излучения, но при этом масса ребра может быть снижена на 15%.As a rule, the pitch of heat pipes is regulated by the technology for the production of thermal panels, such as TSP. In practice, for Russian spacecraft, the heat pipe pitch in the range of 70-140 mm is used. In the diagram of Fig. 7, an analysis of the efficiency of the radiating ribs at the maximum step of the CT is performed. It can be seen from the diagram that, according to a certain law, a decrease in the cross section of the rib allows the integral radiation efficiency to be preserved, but the mass of the rib can be reduced by 15%.
Зависимость изменения толщины металлической обшивки панели, со стороны свободной от установки приборов, здесь, аппроксимируется выражением:The dependence of the change in the thickness of the metal sheathing of the panel, on the side free from the installation of devices, here, is approximated by the expression:
δ(x)=0,0001x2+0,0025x+1,1d, где:δ (x) = 0.0001x 2 + 0.0025x + 1.1d, where:
x - удаление обшивки панели от центра тепловой трубы, мм;x - removal of the panel skin from the center of the heat pipe, mm;
δ(x) - переменная толщина обшивки панели, со стороны, свободной от установки приборов, по мере удаления от тепловой трубы, мм;δ (x) is the variable thickness of the panel sheathing, on the side free from the installation of devices, with distance from the heat pipe, mm;
d - постоянная толщина обшивки со стороны установки приборов, мм, при этом 0,5≤d≤1,2 ммd is the constant thickness of the casing from the installation side of the devices, mm, with 0.5≤d≤1,2 mm
при нормальном уровне температур (0-20°C).at a normal temperature level (0-20 ° C).
В случае, когда одна из граней обшивки панели (как правило, та, которая обращена к силовым элементам КА) не задействована ни для установки приборов, ни в качестве излучателя - часть материала секций (из обшивки) может быть удалена фрезерованием, что позволит дополнительно снизить массу. Удаление материала из указанных мест, в данном случае, практически не повлияет на тепловые свойства панели.In the case when one of the faces of the paneling of the panel (usually the one that faces the power components of the spacecraft) is not used either to install the instruments or as a radiator, part of the material of the sections (from the covering) can be removed by milling, which will further reduce mass. Removing the material from the indicated places, in this case, will practically not affect the thermal properties of the panel.
Грани обшивки секций, обращенные к приборам, также могут иметь переменную, повышенную или пониженную (без ущерба для прочности) толщину материала. Толщина материала обшивки секции в зоне контакта с прибором выбирается с учетом параметров самого прибора, в частности, неравномерности выделяемого теплового потока, толщины контактного основания, требования к градиенту температуры на посадочном месте и т.п.The edges of the skin of the sections facing the instruments can also have a variable, increased or decreased (without compromising strength) material thickness. The thickness of the section sheathing material in the zone of contact with the device is selected taking into account the parameters of the device itself, in particular, the unevenness of the generated heat flux, the thickness of the contact base, the requirements for the temperature gradient at the seat, etc.
Работает теплопередающая панель следующим образом. Тепло, выделяемое приборами (4), благодаря непосредственному тепловому контакту поступает в металлическую обшивку секции (1) и далее в тепловую трубу (2) этой же секции. Тепло, попавшее в панель (и распределившееся по длине с помощью ТТ), может излучаться любой из граней обшивки секции либо отводиться в коллектор (8). (Коллектор может иметь рекуперативное соединение с тепловыми трубами панели). В коллекторе происходит перераспределение тепловых потоков между секциями, а также передача тепла, (с помощью теплопровода на базе ТТ, КнТТ и т.п.), к другой, подобной, теплопередающей панели, которая излучает тепло в открытое космическое пространство.The heat transfer panel operates as follows. The heat generated by devices (4), due to direct thermal contact, enters the metal sheathing of section (1) and then into the heat pipe (2) of the same section. Heat entering the panel (and distributed along the length using the CT) can be emitted from any of the faces of the section sheathing or can be removed to the collector (8). (The collector may have a regenerative connection with the heat pipes of the panel). In the collector, redistribution of heat flows between the sections, as well as heat transfer, (using a heat pipe based on TT, KnTT, etc.) to another, similar, heat transfer panel that radiates heat into open space.
Использование унифицированных секций приборной панели и/или радиатора, изготовленных в виде монолитных конструктивных элементов, например, с помощью высокоэффективного технологического метода экструзии, позволяет исключить многие трудоемкие технологические операции, связанные с размещением внутри панели тепловых труб (различной длины и конфигурации), а также исключить склейку всех элементов сотопанелей между собой. Одновременно повышается надежность и долговечность панели в процессе эксплуатации, а также сводятся к минимуму термодеформации, поскольку в заявляемой конструкции используется однородный материал.The use of standardized sections of the dashboard and / or radiator made in the form of monolithic structural elements, for example, using the highly efficient technological method of extrusion, eliminates many labor-intensive technological operations associated with the placement of heat pipes inside the panel (of various lengths and configurations), and also exclude gluing together all the elements of honeycomb panels with each other. At the same time, the reliability and durability of the panel during operation are increased, and thermal deformation is minimized, since the claimed design uses homogeneous material.
Благодаря идее создания монолитных пустотелых металлических секций уже в процессе производства можно задать необходимую конфигурацию каналов для тепловых труб, а также задать закон изменения толщины материала (в поперечном сечении) для контактной или излучающей граней секций.Thanks to the idea of creating monolithic hollow metal sections already in the production process, you can set the necessary channel configuration for heat pipes, as well as set the law for changing the thickness of the material (in cross section) for the contact or radiating faces of the sections.
Благодаря отсутствию стыков на клеевых соединениях, имеющих значимое термическое сопротивление, повышается эффективность передачи тепла от посадочных мест приборов к остальным элементам теплопередающего тракта. Отсутствие клея в конструкции панели позволяет снизить загрязнение собственной атмосферы КА, что важно при установке чувствительных оптических приборов.Due to the absence of joints on adhesive joints with significant thermal resistance, the efficiency of heat transfer from the seats of devices to other elements of the heat transfer path is increased. The absence of glue in the panel design allows to reduce the pollution of the spacecraft’s own atmosphere, which is important when installing sensitive optical instruments.
Использование предлагаемого изобретения расширит возможности применения панелей, предназначенных для установки и обеспечения теплового режима оборудования и приборов космического назначения.The use of the present invention will expand the possibilities of using panels designed to install and ensure the thermal regime of equipment and devices for space purposes.
Claims (11)
δ(x)=0,0001x2+0,0025x+1,1d, где:
x - удаление обшивки панели от центра тепловой трубы, мм;
δ(x) - переменная толщина обшивки панели, со стороны, свободной от установки приборов, по мере удаления от тепловой трубы, мм;
d - постоянная толщина обшивки со стороны установки приборов, мм, при этом 0,5≤d≤1,2 мм.7. The panel according to claim 1, characterized in that the metal sheathing of the panel, on the side free from the installation of devices, is a radiation heat exchanger and is made of variable thickness, while its thickness decreases, with distance from the heat pipe according to the following dependence:
δ (x) = 0.0001x 2 + 0.0025x + 1.1d, where:
x - removal of the panel skin from the center of the heat pipe, mm;
δ (x) is the variable thickness of the panel sheathing, on the side free from the installation of devices, with distance from the heat pipe, mm;
d is the constant thickness of the skin on the installation side of the devices, mm, with 0.5≤d≤1.2 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013151355/06A RU2536760C1 (en) | 2013-11-20 | 2013-11-20 | Heat transfer panel of space vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013151355/06A RU2536760C1 (en) | 2013-11-20 | 2013-11-20 | Heat transfer panel of space vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2536760C1 true RU2536760C1 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=53287455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013151355/06A RU2536760C1 (en) | 2013-11-20 | 2013-11-20 | Heat transfer panel of space vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2536760C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2757134C1 (en) * | 2021-01-25 | 2021-10-11 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» | Power thermal panel of spacecraft |
| RU207658U1 (en) * | 2021-07-23 | 2021-11-09 | Андрей Валерьевич Есехин | RADIATOR |
| RU2763353C1 (en) * | 2020-12-22 | 2021-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Heat transfer panel of a space vehicle |
| RU2786931C1 (en) * | 2022-09-27 | 2022-12-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Dry construction mix |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5855687A (en) * | 1981-09-29 | 1983-04-02 | Hisateru Akachi | Container for heat pipes and method of manufacturing the same |
| US5682943A (en) * | 1994-08-10 | 1997-11-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Honeycomb sandwich panel with built in heat pipes |
| RU2008138871A (en) * | 2006-03-01 | 2010-04-10 | ШЕРФЛОУ ЭлЭлСи (US) | COOLING BOILER INCLUDING A HEAT PIPE |
| RU2463219C1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-10-10 | Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Space vehicle |
| RU2012117906A (en) * | 2009-09-28 | 2013-11-10 | Абб Рисерч Лтд | COOLING MODULE FOR COOLING ELECTRONIC ELEMENTS |
-
2013
- 2013-11-20 RU RU2013151355/06A patent/RU2536760C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5855687A (en) * | 1981-09-29 | 1983-04-02 | Hisateru Akachi | Container for heat pipes and method of manufacturing the same |
| US5682943A (en) * | 1994-08-10 | 1997-11-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Honeycomb sandwich panel with built in heat pipes |
| RU2008138871A (en) * | 2006-03-01 | 2010-04-10 | ШЕРФЛОУ ЭлЭлСи (US) | COOLING BOILER INCLUDING A HEAT PIPE |
| RU2012117906A (en) * | 2009-09-28 | 2013-11-10 | Абб Рисерч Лтд | COOLING MODULE FOR COOLING ELECTRONIC ELEMENTS |
| RU2463219C1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-10-10 | Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Space vehicle |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| C2 (ФГУП "НПО им. С.А.ЛАВОЧКИНА"). * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2763353C1 (en) * | 2020-12-22 | 2021-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Heat transfer panel of a space vehicle |
| RU2757134C1 (en) * | 2021-01-25 | 2021-10-11 | Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» | Power thermal panel of spacecraft |
| RU207658U1 (en) * | 2021-07-23 | 2021-11-09 | Андрей Валерьевич Есехин | RADIATOR |
| RU2786931C1 (en) * | 2022-09-27 | 2022-12-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Dry construction mix |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8919426B2 (en) | Micro-channel pulsating heat pipe | |
| US10020550B2 (en) | Energy storage pack | |
| US8921702B1 (en) | Microtruss based thermal plane structures and microelectronics and printed wiring board embodiments | |
| US3613778A (en) | Flat plate heat pipe with structural wicks | |
| US8042606B2 (en) | Minimal-temperature-differential, omni-directional-reflux, heat exchanger | |
| Chen et al. | Development and thermal performance of a vapor chamber with multi-artery reentrant microchannels for high-power LED | |
| US9546826B1 (en) | Microtruss based thermal heat spreading structures | |
| US9841241B2 (en) | Mechanical-thermal structure suitable for a space environment | |
| KR20210058909A (en) | Titanium thermal module | |
| RU2536760C1 (en) | Heat transfer panel of space vehicle | |
| US6397936B1 (en) | Freeze-tolerant condenser for a closed-loop heat-transfer system | |
| US20070289718A1 (en) | Heat sink and method of making same | |
| US20100044014A1 (en) | Flat-plate loop heat conduction device and manufacturing method thereof | |
| JPH0853100A (en) | Honeycomb sandwhich panel with heat pipe embedded in it | |
| RU175877U1 (en) | CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE | |
| KR102172103B1 (en) | Adsorption module | |
| Dupont et al. | Railways qualification tests of a capillary pumped loop on a train | |
| RU130299U1 (en) | HEATING REGIME SYSTEM FOR PRECISION SPACE VEHICLES | |
| JP6506476B2 (en) | Heat exchange device for satellites and wall and wall assembly provided with such heat exchange device | |
| US6670024B1 (en) | Glass-silicon column | |
| CN112584671A (en) | Vapor chamber for cooling electronic components | |
| US20220049905A1 (en) | Oscillating heat pipe channel architecture | |
| RU2757134C1 (en) | Power thermal panel of spacecraft | |
| Ababneh et al. | Copper-Water and Hybrid Aluminum-Ammonia Heat Pipes for Spacecraft Thermal Control Applications | |
| RU2323859C1 (en) | Method of thermoregulation of spacecraft and device for its drying |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20171110 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |