RU164433U1 - SYSTEM OF THERMAL REGULATION OF PRECISION INSTRUMENTS OF SPACE VEHICLE - Google Patents

SYSTEM OF THERMAL REGULATION OF PRECISION INSTRUMENTS OF SPACE VEHICLE Download PDF

Info

Publication number
RU164433U1
RU164433U1 RU2016101252/11U RU2016101252U RU164433U1 RU 164433 U1 RU164433 U1 RU 164433U1 RU 2016101252/11 U RU2016101252/11 U RU 2016101252/11U RU 2016101252 U RU2016101252 U RU 2016101252U RU 164433 U1 RU164433 U1 RU 164433U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bellows
temperature
heat
volume
valve
Prior art date
Application number
RU2016101252/11U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Юрьевич Котляров
Геннадий Павлович Серов
Александр Сергеевич Привезенцев
Дмитрий Владимирович Тулин
Ярослав Георгиевич Подобедов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство
Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО им. С.А. Лавочкина" (ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство, Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО им. С.А. Лавочкина" (ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство
Priority to RU2016101252/11U priority Critical patent/RU164433U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU164433U1 publication Critical patent/RU164433U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Temperature (AREA)

Abstract

1. Система терморегулирования прецизионных приборов космического аппарата, содержащая термостабилизируемую платформу с посадочными местами для установки приборов, выполненную в виде плоской сотопанели с встроенными тепловыми трубами, соединенными друг с другом общим коллекторным теплопроводом, подключенным к радиатору-охладителю посредством регулируемой контурной тепловой трубы, испаритель которой контактирует с коллекторным теплопроводом, а конденсатор интегрирован в радиатор-охладитель, рассеивающий тепло в космическое пространство, при этом система снабжена блоком управления, к входам которого подключены датчики температуры, а в паропроводе контурной тепловой трубы установлено пассивное регулирующее устройство, выполненное в виде трехходового клапана, снабженного сильфоном, заполненным инертным газом, причем шток клапана соединен с сильфоном, один из выходов клапана подсоединен к входу в радиатор, а другой, посредством байпасной линии подсоединен к контурной тепловой трубе на входе в ее компенсационную полость, отличающаяся тем, что пассивное регулирующее устройство снабжено вторым сильфоном, соединенным с первым сильфоном с возможностью изменения давления газа в первом сильфоне за счет изменения объема второго сильфона, при этом оба сильфона заполнены одинаковым инертным газом, а изменение объема второго сильфона осуществляется посредством приводного устройства, вход которого подключен к блоку управления.2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что изменяемый объем второго сильфона определяют из соотношения:dV=V·(1-(P·T)/(T·P)),где dV - полное рабочее изменение объема второго сильфона, м;P- давление теплоносителя КнТТ1. The temperature control system of precision instruments of the spacecraft, containing a thermostabilized platform with seats for installing devices, made in the form of a flat honeycomb panel with integrated heat pipes connected to each other by a common collector heat pipe connected to a radiator-cooler by means of an adjustable contour heat pipe, the evaporator of which in contact with the collector heat conductor, and the condenser is integrated into the radiator-cooler, which dissipates heat into the space In this case, the system is equipped with a control unit, the temperature sensors are connected to its inputs, and a passive control device is installed in the steam pipe of the loop heat pipe, made in the form of a three-way valve equipped with a bellows filled with inert gas, and the valve stem is connected to the bellows, one of the outputs the valve is connected to the inlet to the radiator, and another, through a bypass line connected to the contour heat pipe at the entrance to its compensation cavity, characterized in that the passive regulating e device is equipped with a second bellows connected to the first bellows with the possibility of changing the gas pressure in the first bellows by changing the volume of the second bellows, while both bellows are filled with the same inert gas, and the volume change of the second bellows is carried out by means of a drive device, the input of which is connected to the control unit .2. The system according to claim 1, characterized in that the variable volume of the second bellows is determined from the relation: dV = V · (1- (P · T) / (T · P)), where dV is the total working change in the volume of the second bellows, m; P- heat carrier pressure KnTT

Description

Полезная модель относится к космической технике и может быть использована для обеспечения теплового режима прецизионных приборов и другого оборудования КА, требующего точного поддержания температуры при изменении условий применения, либо деградации характеристик теплопередающих агрегатов и элементов.The utility model relates to space technology and can be used to ensure the thermal regime of precision instruments and other spacecraft equipment that requires accurate temperature maintenance when changing application conditions, or degradation of the characteristics of heat transfer units and elements.

Известна система обеспечения теплового режима прецизионных приборов космического аппарата (КА) содержащая термостабилизируемую платформу (ТСП) с посадочными местами для установки приборов, выполненную в виде плоской сотопанели с встроенными тепловыми трубами, соединенными друг с другом общим коллекторным теплопроводом, и теплопровод радиатора на базе контурной тепловой трубы (патент РФ 130299, приоритет от 02.11.2012). Испаритель контурной тепловой трубы контактирует с коллекторным теплопроводом, а конденсатор интегрирован в радиатор, рассеивающий тепло в космическое пространство. Посадочные места для установки приборов, контактирующие с тепловыделяющими основаниями приборов, расположены по обе стороны сотопанели. Указанная система обеспечивает относительно стабильное поддержание теплового режима прецизионных приборов КА, но не имеет в своем составе устройств, которые осуществляют регулируемый сток и не допускают охлаждения приборов ниже допустимой температурной границы.A known system for ensuring the thermal regime of precision instruments of a spacecraft (SC) comprising a thermostabilized platform (TSP) with seats for installing devices made in the form of a flat honeycomb panel with integrated heat pipes connected to each other by a common collector heat pipe and a heat sink radiator based on a loop thermal pipes (patent of the Russian Federation 130299, priority from 02.11.2012). The evaporator of the loop heat pipe is in contact with the collector heat conductor, and the condenser is integrated into the radiator, which dissipates heat into outer space. Seats for installing devices in contact with the heat-generating bases of the devices are located on both sides of the honeycomb panel. The specified system provides a relatively stable maintenance of the thermal regime of precision spacecraft devices, but does not include devices that carry out controlled flow and do not allow cooling of devices below the permissible temperature limit.

Известны терморегулирующие устройства на базе контурных тепловых труб (КнТТ), в которых термостатирование присоединенного к испарителю КнТТ охлаждаемого прибора осуществляется за счет организации регулируемого стока тепла от испарителя к конденсатору (F. Bodendleck, R. Schlitt, O. Romberg, K. Goncharov, V. Buz, U. Hildebrand. Precision temperature control with a loop heat pipe, SAE # 2005-01-2938, Rome, ITALY, 2005). Устройство, описанное в данной работе, построено на базе КнТТ, содержащей испаритель с капиллярно-пористой вставкой, компенсационную полость, паро- и конденсатопровод, конденсатор и трехходовой клапан с байпасной линией. В составе клапана имеется сильфон, в зоне размещения которого поддерживается заданный уровень давления среды. Сильфон является элементом, обеспечивающим перемещение седла клапана, когда возникает разность давлений снаружи и внутри сильфона. В случае снижения давления в КнТТ, ниже заданного, клапан закрывает циркуляцию через конденсатор и открывает байпасную линию, напрямую соединяющую паро- и конденсатопровод. Последующий за этим нагрев испарителя (ввиду отсутствия стока тепла) приводит к повышению давления внутри КнТТ, и клапан, сжимаясь, и закрывая байпасную линию - вновь открывает путь для циркуляции теплоносителя через конденсатор. Поскольку для насыщенного теплоносителя температура и давление однозначно связаны между собой, применение описанного выше метода позволяет поддерживать, одновременно с уровнем давления, заданный уровень температуры. Таким образом, автоматическая регулировка температуры происходит без использования дополнительного источника энергии под действием изменения соотношений давления вещества заполняющего полость сильфона и давления теплоносителя в КнТТ. В описанном устройстве (построенном на базе КнТТ) предлагается наполнять сильфон клапана инертным газом, либо - двухфазным теплоносителем.Thermoregulating devices based on loop heat pipes (KnTT) are known, in which thermostat of a cooled device connected to the KnTT evaporator is carried out by organizing controlled heat flow from the evaporator to the condenser (F. Bodendleck, R. Schlitt, O. Romberg, K. Goncharov, V Buz, U. Hildebrand. Precision temperature control with a loop heat pipe, SAE # 2005-01-2938, Rome, ITALY, 2005). The device described in this work is built on the basis of CSTT containing an evaporator with a capillary-porous insert, a compensation cavity, a steam and condensate line, a condenser and a three-way valve with a bypass line. The valve contains a bellows, in the area of which the set pressure level of the medium is maintained. The bellows is an element that provides movement of the valve seat when a pressure difference occurs outside and inside the bellows. In the event that the pressure in the CSTP decreases below a predetermined value, the valve closes the circulation through the condenser and opens the bypass line directly connecting the steam and condensate line. Subsequent heating of the evaporator (due to the lack of heat sink) leads to an increase in pressure inside the КНТТ, and the valve, compressing and closing the bypass line, again opens the way for the coolant to circulate through the condenser. Since temperature and pressure are unambiguously related to a saturated coolant, the application of the method described above allows maintaining, at the same time as the pressure level, the set temperature level. Thus, automatic temperature control occurs without the use of an additional energy source under the influence of changes in the ratios of the pressure of the substance filling the cavity of the bellows and the pressure of the coolant in CST. In the described device (built on the basis of KnTT) it is proposed to fill the valve bellows with inert gas, or with a two-phase coolant.

В последнем случае величину задаваемой температуры регулирования (так называемой «температуры уставки»), обеспечиваемой за счет срабатывания клапана, можно изменять посредством использования маломощного нагревателя, установленного на корпусе клапана. Таким образом, клапан становится активным регулирующим элементом, управляемым по температурному датчику. За счет заправки клапана двухфазным теплоносителем и применения нагревателя, достигается повышение точности регулирования, но теряются свойства экономичности и надежности, которыми обладает клапан, наполненный инертным газом, работающий автоматически без выдачи управляющих команд и без дополнительных энергетических затрат.In the latter case, the value of the set control temperature (the so-called "setpoint temperature") provided by the actuation of the valve can be changed by using a low-power heater mounted on the valve body. Thus, the valve becomes an active control element controlled by a temperature sensor. By filling the valve with a two-phase coolant and using a heater, control accuracy is improved, but the economical and reliable properties that a valve filled with inert gas possesses, which works automatically without issuing control commands and without additional energy costs, are lost.

Наиболее близким к заявленной системе терморегулирования аналогом, выбранным в качестве прототипа, является система обеспечения теплового режима (СОТР) прецизионных приборов космического аппарата [Tulin D.V., Tulin I.D., Goncharov K.А., Kochetkov A.Yu. Termal control system of the precision instrument board integrated into meteorological satellite. Proceedings of the VII Minsk International Seminar “Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources”, VII Minsk International Seminar, Minsk, Belarus, 2008, p. 445-455], которая входит в состав КА «Электро» и содержит термостабилизируемую платформу с посадочными местами для установки приборов, выполненную в виде плоской сотопанели с встроенными тепловыми трубами, соединенными друг с другом общим коллекторным теплопроводом, подключенным к радиатору-охладителю посредством регулируемой контурной тепловой трубы, испаритель которой контактирует с коллекторным теплопроводом, а конденсатор интегрирован в радиатор-охладитель, рассеивающий тепло в космическое пространство, при этом, система снабжена блоком управления, к входам которого подключены датчики температуры, а в паропроводе контурной тепловой трубы установлено пассивное регулирующее устройство, выполненное в виде трехходового клапана, снабженного сильфоном, заполненным инертным газом, причем шток клапана соединен с сильфоном, один из выходов клапана подсоединен к входу в радиатор, а другой, посредством байпасной линии, подсоединен к конденсатопроводу контурной тепловой трубы на входе в ее компенсационную полость.The closest analogue to the claimed thermal control system, selected as a prototype, is the thermal management system (COT) of the spacecraft’s precision instruments [Tulin D.V., Tulin I.D., Goncharov K.A., Kochetkov A.Yu. Termal control system of the precision instrument board integrated into meteorological satellite. Proceedings of the VII Minsk International Seminar “Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources”, VII Minsk International Seminar, Minsk, Belarus, 2008, p. 445-455], which is part of the Electro spacecraft and contains a thermostabilized platform with seats for installing devices, made in the form of a flat honeycomb panel with integrated heat pipes connected to each other by a common collector heat pipe connected to a radiator-cooler by means of an adjustable contour a heat pipe, the evaporator of which is in contact with the collector heat conductor, and the condenser is integrated into the radiator-cooler, which dissipates heat into outer space, while the system is equipped with a control unit, to the inputs of which temperature sensors are connected, and a passive regulating device, made in the form of a three-way valve equipped with a bellows filled with inert gas, is installed in the steam pipe of the contour heat pipe, and the valve stem is connected to the bellows, one of the valve outputs is connected to the radiator inlet and the other, by means of a bypass line, is connected to the condensate line of the contour heat pipe at the entrance to its compensation cavity.

Используемое в указанной системе пассивное регулирующее устройство обеспечивает экономичное, надежное энергонезависимое регулирование теплового режима прецизионных приборов, не требующее применения контроллера для постоянного управления клапаном по показаниям датчика температуры. Однако, регулирование температуры с помощью трехходового клапана с инертным газом не позволяет корректировать параметры регулирующего устройства в процессе эксплуатации КА, в частности, температуру уставки клапана, что в ряде случаев ограничивает возможности системы. Необходимость в подобной коррекции может возникнуть из-за деградации покрытий радиационных теплообменников и внешних поверхностей КА и/или изменения характеристик теплопередающего тракта от ТСП к радиационному теплообменнику (РТО) (например, из-за газовыделения в тепловых трубах) в процессе эксплуатации КА и, соответственно, увеличения суточных и сезонных колебаний температуры ТСП, на которой установлено оборудование. Снижение колебаний температуры (в процессе эксплуатации системы) может быть обеспечено за счет введения новой температуры уставки, которая, по сравнению с прежней, должна будет как можно меньше отличаться от фактической максимальной, локальной по времени, суточной температуры термостабилизируемой платформы. При этом, заранее на Земле настраивать температуру уставки на наиболее высокую ожидаемую температуру нецелесообразно, поскольку это будет приводить к снижению продолжительности рабочего ресурса установленной аппаратуры. Отсюда следует, что при длительной эксплуатации КА, сопровождающейся деградацией теплоотражающих покрытий и других элементов системы терморегулирования, целесообразно эпизодически корректировать температуру уставки клапана, руководствуясь соображениями создания более комфортных температурных условий для работы прецизионных приборов (по отношению к текущему состоянию). Также дистанционная корректировка температуры уставки может потребоваться при изменениях условий эксплуатации КА, связанных, с выполнением целевой задачи.The passive control device used in this system provides an economical, reliable, non-volatile regulation of the thermal regime of precision instruments, which does not require the use of a controller for continuous control of the valve according to the temperature sensor. However, temperature control using a three-way valve with inert gas does not allow you to adjust the parameters of the control device during the operation of the spacecraft, in particular, the temperature of the valve setpoint, which in some cases limits the capabilities of the system. The need for such a correction may arise due to the degradation of the coatings of radiation heat exchangers and the outer surfaces of the spacecraft and / or changes in the characteristics of the heat transfer path from the TSP to the radiation heat exchanger (RTO) (for example, due to gas evolution in heat pipes) during the operation of the spacecraft and, accordingly, , increase in daily and seasonal fluctuations in the temperature of the TSP on which the equipment is installed. Reducing temperature fluctuations (during operation of the system) can be achieved by introducing a new setpoint temperature, which, in comparison with the previous one, should be as small as possible from the actual maximum, local in time, daily temperature of the thermostabilized platform. At the same time, it is inexpedient to adjust the setpoint temperature to the highest expected temperature on Earth in advance, since this will lead to a decrease in the duration of the operating life of the installed equipment. It follows that during the long-term operation of the spacecraft, accompanied by the degradation of heat-reflecting coatings and other elements of the thermal control system, it is advisable to occasionally adjust the valve setpoint temperature, guided by considerations of creating more comfortable temperature conditions for the operation of precision instruments (relative to the current state). Also, remote adjustment of the set-point temperature may be required in case of changes in the spacecraft operating conditions associated with the performance of the target task.

Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение точности поддержания температуры прецизионных приборов и другого оборудования КА в условиях изменения тепловых нагрузок на систему терморегулирования и/или изменения характеристик отдельных элементов самой системы в процессе эксплуатации КА.The technical problem solved by the proposed utility model is to increase the accuracy of maintaining the temperature of precision instruments and other equipment of the spacecraft in the face of changing thermal loads on the thermal control system and / or changing the characteristics of individual elements of the system itself during the operation of the spacecraft.

Указанная задача обеспечивается тем, что в отличие от известной системы терморегулирования прецизионных приборов космического аппарата, содержащей термостабилизируемую платформу с посадочными местами для установки приборов, выполненную в виде плоской сотопанели с встроенными тепловыми трубами, соединенными друг с другом общим коллекторным теплопроводом, подключенным к радиатору-охладителю посредством регулируемой контурной тепловой трубы, испаритель которой контактирует с коллекторным теплопроводом, а конденсатор интегрирован в радиатор-охладитель, рассеивающий тепло в космическое пространство, при этом, система снабжена блоком управления, к входам которого подключены датчики температуры, а в паропроводе контурной тепловой трубы установлено пассивное регулирующее устройство, выполненное в виде трехходового клапана, снабженного сильфоном, заполненным инертным газом, причем шток клапана соединен с сильфоном, один из выходов клапана подсоединен к входу в радиатор, а другой, посредством байпасной линии, подсоединен к контурной тепловой трубе на входе в ее компенсационную полость, новым является то, что пассивное регулирующее устройство снабжено вторым сильфоном, соединенным с первым сильфоном с возможностью изменения давления газа в первом сильфоне за счет изменения объема второго сильфона, при этом оба сильфона заполнены одинаковым инертным газом, а изменение объема второго сильфона осуществляется посредством приводного устройства, вход которого подключен к блоку управления.This task is ensured by the fact that, in contrast to the well-known temperature control system of precision instruments of a spacecraft, which contains a thermostabilized platform with seats for installing devices, made in the form of a flat honeycomb panel with integrated heat pipes connected to each other by a common collector heat pipe connected to a radiator-cooler by means of an adjustable contour heat pipe, the evaporator of which is in contact with the collector heat conductor, and the condenser is integrated the radiator-cooler dissipating heat into outer space, while the system is equipped with a control unit, the temperature sensors are connected to its inputs, and a passive control device is installed in the steam pipe of the loop heat pipe, made in the form of a three-way valve equipped with an inert gas bellows, moreover the valve stem is connected to the bellows, one of the valve exits is connected to the inlet to the radiator, and the other, through a bypass line, is connected to the contour heat pipe at the inlet in its computer It is new that the passive control device is equipped with a second bellows connected to the first bellows with the possibility of changing the gas pressure in the first bellows by changing the volume of the second bellows, while both bellows are filled with the same inert gas, and the volume of the second bellows is changed by a drive device whose input is connected to the control unit.

Кроме того, изменяемый объем второго сильфона определяют из соотношения:In addition, the variable volume of the second bellows is determined from the ratio:

dV=Vsyst-max.*(1-(PTmin*Tmax)/(Tmin*PTmax))dV = V syst-max. * (1- (P Tmin * T max ) / (T min * P Tmax ))

где: dV - полное рабочее изменение объема второго сильфона, м3;where: dV is the total working change in the volume of the second bellows, m 3 ;

PTmin - давление теплоносителя КнТТ при минимальной температуре уставки, Па;P Tmin - heat carrier pressure KnTT at the minimum set temperature, Pa;

PTmax - давление теплоносителя КнТТ при максимальной температуре уставки Па;P Tmax - pressure of the heat transfer medium КНТТ at the maximum temperature of the set point Pa;

Vsyst-max - внутренний объем общей внутренней полости сильфонов при максимально растянутом втором и первом сильфонах, м3;V syst-max - the internal volume of the total internal cavity of the bellows at the maximum stretched second and first bellows, m 3 ;

Tmax - максимальная применяемая температура уставки, К;T max - maximum applied setpoint temperature, K;

Tmin - минимальная применяемая температура уставки, КT min - minimum applied setpoint temperature, K

Кроме того, второй сильфон, подсоединен к первому сильфону через изолирующий клапан, вход которого подключен к одному из выходов блока управления, а приводное устройство выполнено в виде нагревателя, управляющий вход которого подключен к другому выходу блока управления, при этом второй сильфон размещен внутри отдельного резервуара, частично заполненного двухфазным теплоносителем, нагреватель установлен на наружной стенке резервуара, а датчики температуры установлены на паропроводе и резервуаре.In addition, the second bellows is connected to the first bellows through an insulating valve, the input of which is connected to one of the outputs of the control unit, and the drive device is made in the form of a heater, the control input of which is connected to the other output of the control unit, while the second bellows is placed inside a separate tank , partially filled with a two-phase coolant, the heater is installed on the outer wall of the tank, and temperature sensors are installed on the steam line and the tank.

Кроме того, приводное устройство выполнено в виде шагового электродвигателя и толкателя, обеспечивающего изменение объема второго сильфона за счет его сжатия или растяжения, при этом управляющий вход электродвигателя подключен к выходу блока управления, а датчик температуры установлен на паропроводе. При этом, второй сильфон может быть подсоединен к первому сильфону через изолирующий клапан, вход которого подключен к другому выходу блока управления.In addition, the drive device is made in the form of a stepper motor and a pusher, providing a change in the volume of the second bellows due to its compression or extension, while the control input of the electric motor is connected to the output of the control unit, and the temperature sensor is installed on the steam line. In this case, the second bellows can be connected to the first bellows through an isolating valve, the input of which is connected to another output of the control unit.

Установка второго сильфона и соединение его с первым таким образом, чтобы получились сообщающиеся сосуды, позволяет изменять давление настройки первого (основного) сильфона за счет изменения объема второго сильфона, осуществляемого посредством приводного устройства, вход которого подключен к блоку управления и, тем самым, обеспечивать возможность дистанционной корректировки температуры уставки в процессе эксплуатации КА.Installing the second bellows and connecting it to the first so that communicating vessels are obtained allows you to change the setting pressure of the first (main) bellows by changing the volume of the second bellows by means of a drive device, the input of which is connected to the control unit and, thus, provide the opportunity remote adjustment of the set temperature during the spacecraft operation.

Выбор полного рабочего изменения объема второго сильфона, исходя из диапазона настроек температуры в КнТТ, связанных с давлением двухфазного теплоносителя, циркулирующего в КнТТ, согласно предложенному соотношению dV=Vsyst-max.*(1-(PTmin*Tmax)/(Tmin*PTmax)) позволяет повысить точность корректировки температуры уставки в процессе эксплуатации КА.The choice of the total working change in the volume of the second bellows, based on the temperature settings in the КНТТ related to the pressure of the two-phase coolant circulating in the КНТТ, according to the proposed ratio dV = V syst-max. * (1- (P Tmin * T max ) / (T min * P Tmax )) allows to increase the accuracy of adjusting the set temperature during the spacecraft operation.

Размещение второго сильфона в резервуаре, частично заполненного двухфазным теплоносителем, позволяет изменять давление во втором сильфоне за счет создания необходимого давления в среде окружающей второй сильфон с помощью нагревателя. Наличие изолирующего клапана обеспечивает прекращение связи между первым и вторым сильфонами после достижения требуемого давления в первом сильфоне и, соответственно, отсутствие необходимости в дальнейшей работе нагревателя. Далее первый сильфон может продолжать работать пассивно как в обычном трехходовом клапане, но уже с новой настройкой.Placing the second bellows in the tank, partially filled with a two-phase coolant, allows you to change the pressure in the second bellows by creating the necessary pressure in the environment surrounding the second bellows using a heater. The presence of an isolation valve ensures the termination of communication between the first and second bellows after reaching the required pressure in the first bellows and, accordingly, there is no need for further operation of the heater. Further, the first bellows can continue to work passively as in a conventional three-way valve, but with a new setting.

Изменение объема второго сильфона с помощью шагового электродвигателя и толкателя, упрощает процесс настройки и повышает ее точность. При этом, настройку можно прекратить простым отключением электродвигателя. Если же фиксацию толкателя в нужном положении обеспечить сложно или невозможно, то связь между первым и вторым сильфонами можно прекратить, используя специально установленный изолирующий клапан (по аналогии с применением нагреваемого резервуара).Changing the volume of the second bellows using a stepper motor and pusher, simplifies the setup process and increases its accuracy. In this case, the setting can be stopped by simply turning off the motor. If fixing the pusher in the desired position is difficult or impossible, the connection between the first and second bellows can be stopped using a specially installed isolation valve (similar to using a heated reservoir).

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

Фиг. 1 - принципиальная схема системы терморегулирования;FIG. 1 is a schematic diagram of a temperature control system;

Фиг. 2 - устройство клапана, в котором воздействие на второй сильфон оказывает пар двухфазного теплоносителя, окружающего второй сильфон;FIG. 2 is a valve device in which steam of a two-phase coolant surrounding a second bellows exerts an effect on a second bellows;

Фиг. 3 - устройство клапана, в котором воздействие на второй сильфон осуществляет механический толкатель, приводимый в движение электроприводом;FIG. 3 - valve device, in which the impact on the second bellows provides a mechanical pusher driven by an electric drive;

Фиг. 4 - устройство клапана, в котором сжатие или расширение второго сильфона осуществляет механический толкатель, приводимый в движение электроприводом, а связующий канал между сильфонами оснащен изолирующим клапаном.FIG. 4 is a valve device in which the compression or expansion of the second bellows is carried out by a mechanical pusher driven by an electric actuator, and the connecting channel between the bellows is equipped with an isolating valve.

Заявляемая система обеспечения теплового режима прецизионных приборов космического аппарата (Фиг. 1) содержит термостабилизируемую платформу 1 с посадочными местами для установки приборов 2, выполненную в виде плоской сотопанели с встроенными тепловыми трубами 3, соединенными друг с другом общим коллекторным теплопроводом 4, и теплопровод радиатора на базе контурной тепловой трубы, испаритель 5 которой контактирует с коллекторным теплопроводом 4, а конденсатор 6 интегрирован в радиатор 7, рассеивающий тепло в космическое пространство. Радиатор 7 связан с испарителем 5 с помощью паропровода 8 и конденсатопровода 9. Регулирование температуры осуществляется с помощью трехходового клапана 10, который направляет пар либо в конденсатор 6, либо, по байпасной линии 11 в конденсатопровод 9, на входе в компенсационную полость 12. Необходимое положение клапана обеспечивает сильфон 13, который с помощью штока 14 перемещает головку клапана 15, (Фиг. 2). Изменение настройки клапана осуществляется с помощью блока управления 16 ко входу которого подключен температурный датчик 17, а к выходу - приводное устройство. Сжатие или растяжение второго сильфона 18 может производиться паром двухфазного теплоносителя. Для этого второй сильфон 18 помещается в отдельный резервуар 19, частично заполненный двухфазным теплоносителем. На корпусе резервуара 19 располагают нагреватель 20 и датчик температуры 21, которые также подключаются к блоку управления 16. Соединение двух сильфонов можно перекрывать с помощью изолирующего клапана 22, (Фиг. 3) и (Фиг. 4) подсоединенного к выходу блока управления 16.The inventive system for ensuring the thermal regime of precision instruments of a spacecraft (Fig. 1) contains a thermostabilized platform 1 with seats for installing instruments 2, made in the form of a flat honeycomb panel with integrated heat pipes 3 connected to each other by a common collector heat conductor 4, and a heat sink of a radiator to the base of the loop heat pipe, the evaporator 5 of which is in contact with the collector heat conduit 4, and the condenser 6 is integrated into the radiator 7, which dissipates heat into outer space. The radiator 7 is connected to the evaporator 5 by means of a steam line 8 and a condensate line 9. Temperature control is carried out using a three-way valve 10, which directs the steam either to the condenser 6, or via the bypass line 11 to the condensate line 9, at the entrance to the compensation cavity 12. Required position the valve is provided by a bellows 13, which with the help of the rod 14 moves the head of the valve 15, (Fig. 2). Changing the valve settings is carried out using the control unit 16 to the input of which a temperature sensor 17 is connected, and to the output is a drive device. The compression or extension of the second bellows 18 can be carried out by steam of a two-phase coolant. For this, the second bellows 18 is placed in a separate tank 19, partially filled with a two-phase coolant. A heater 20 and a temperature sensor 21 are located on the tank body 19, which are also connected to the control unit 16. The connection of two bellows can be closed using an isolation valve 22, (Fig. 3) and (Fig. 4) connected to the output of the control unit 16.

Если приводное устройство выполнено в виде шагового электродвигателя и толкателя, то привод 23 с помощью толкателя 24 может изменять объем второго сильфона 18, соединенного с сильфоном 13 с образованием общего внутреннего пространства. Соединение двух сильфонов может при необходимости прекращаться с помощью изолирующего клапана 22, (Фиг. 3) и (Фиг. 4) подсоединенного к выходу блока управления 16.If the drive device is made in the form of a stepper motor and a pusher, then the drive 23 using the pusher 24 can change the volume of the second bellows 18 connected to the bellows 13 with the formation of a common internal space. The connection of the two bellows can, if necessary, be stopped using the isolation valve 22, (Fig. 3) and (Fig. 4) connected to the output of the control unit 16.

Рабочий ход второго сильфона, обеспечивающий изменение суммарного объема сообщающихся сильфонов, если пренебречь упругостью второго сильфона, связан с диапазоном изменения температур уставки следующим соотношением dV=Vsyst-max.*(1-(PTmin*Tmax)/(Tmin*PTmax)). При этом, определяющей температурой для обоих сильфонов служит температура насыщения в КнТТ (т.е. корпус клапана должен быть термически связан с КнТТ).The working stroke of the second bellows, providing a change in the total volume of communicating bellows, if we neglect the elasticity of the second bellows, is associated with the temperature range of the setpoint by the following relation dV = V syst-max. * (1- (P Tmin * T max ) / (T min * P Tmax )). In this case, the determining temperature for both bellows is the saturation temperature in KNTT (i.e., the valve body must be thermally connected with KNTT).

Работает система (Фиг. 1) следующим образом. Тепло выделяемое установленным на термостатируемую панель 1 оборудованием передается к интегрированным в нее тепловым трубам 3, далее, к коллекторному теплопроводу 4, а от него к испарителю 5 КнТТ. КнТТ осуществляет регулируемый отвод тепла к радиатору 7. Если температура испарителя 5 становится ниже заданной, то циркулирующий теплоноситель, с помощью клапана 10, будет направлен в конденсатопровод 9, на входе в компенсационную полость 12, по байпасной линии 11, минуя конденсатор 6 и, следовательно, радиатор 7. Клапан 10 управляется штоком 14, подсоединенным к сильфону 13. Необходимое движение штока происходит за счет выравнивания давлений газа в сильфоне и пара в КнТТ. Чтобы изменить температуру настройки клапана 10 необходимо изменить давление внутри сильфона 13. Это обеспечивается (дистанционно) с помощью второго сильфона 18, соединенного с первым 13. Изменение объема второго сильфона позволяет изменять давление в первом сильфоне, т.к. сильфоны являются сообщающимися сосудами и заправлены одним и тем же газом. При использовании шагового электродвигателя 23, воздействующего на второй сильфон, например, с помощью червячной передачи (Фиг. 3), после перенастройки состояние второго сильфона 18 остается неизменным и связующий два сильфона канал можно не перекрывать. Если (новое) состояние второго сильфона, после перенастройки, технически сложно зафиксировать, то канал, связывающий два сильфона можно перекрыть, установив в нем изолирующий клапан 22.The system works (Fig. 1) as follows. The heat generated by the equipment installed on the thermostatically controlled panel 1 is transferred to the heat pipes 3 integrated into it, then to the collector heat conduit 4, and from it to the evaporator 5 KnTT. KNTT carries out controlled heat removal to the radiator 7. If the temperature of the evaporator 5 becomes lower than the set temperature, then the circulating coolant, using the valve 10, will be directed to the condensate conduit 9, at the entrance to the compensation cavity 12, bypass line 11, bypassing the condenser 6 and, therefore , radiator 7. The valve 10 is controlled by a rod 14 connected to a bellows 13. The necessary movement of the rod occurs due to equalization of gas pressures in the bellows and steam in KnTT. To change the setting temperature of valve 10, it is necessary to change the pressure inside the bellows 13. This is achieved (remotely) using a second bellows 18 connected to the first 13. Changing the volume of the second bellows allows you to change the pressure in the first bellows, because bellows are interconnected vessels and are charged with the same gas. When using a stepper motor 23, acting on the second bellows, for example, using a worm gear (Fig. 3), after reconfiguration, the state of the second bellows 18 remains unchanged and the channel connecting the two bellows can not be blocked. If the (new) state of the second bellows, after reconfiguration, is technically difficult to fix, then the channel connecting the two bellows can be closed by installing an isolation valve 22 in it.

Воздействие на второй сильфон 18 паром двухфазного теплоносителя требует применения нагревателя 20, температура которого контролируется датчиком 21. В данном случае (Фиг. 2), также потребуется «отключить» первый сильфон 13 от второго после перенастройки, чтобы больше не пользоваться нагревателем.The exposure of the second bellows 18 to the steam of the two-phase coolant requires the use of a heater 20, the temperature of which is controlled by the sensor 21. In this case (Fig. 2), it will also be necessary to “disconnect” the first bellows 13 from the second after reconfiguration, so as not to use the heater anymore.

Окончательный контроль результата перенастройки осуществляется по датчику температуры 17, измеряющему, как правило, уровень температуры насыщения в КнТТ (температуры пара в постоянно проточных зонах паропровода и клапана). Для автоматической перенастройки (температуры уставки) клапана датчик температуры 17 подключают к блоку управления 16. Рост температуры настройки требует повышения давления в сильфоне и наоборот.The final control of the result of the reconfiguration is carried out by the temperature sensor 17, which measures, as a rule, the level of saturation temperature in KnTT (steam temperature in constantly flowing areas of the steam pipe and valve). For automatic reconfiguration (set point temperature) of the valve, the temperature sensor 17 is connected to the control unit 16. An increase in the setting temperature requires an increase in pressure in the bellows and vice versa.

Таким образом, в представленном на Фиг. 1, 2, 3 и 4 техническом решении и его вариантах воплощения достигается возможность дистанционно изменять температуру настройки клапана. При этом, затраты энергии и активные действия (блока управления и привода) нужны только с момент перенастройки.Thus, in the embodiment of FIG. 1, 2, 3 and 4 of the technical solution and its embodiments, it is possible to remotely change the valve setting temperature. At the same time, energy costs and active actions (control unit and drive) are needed only from the moment of reconfiguration.

Разработанное техническое решение позволяет снизить суточные и сезонные колебания температуры ТСП в процессе эксплуатации системы терморегулирования за счет чего повысится ресурс и точность работы прецизионных приборов КА.The developed technical solution allows us to reduce the daily and seasonal fluctuations in the temperature of the TSP during the operation of the temperature control system, thereby increasing the life and accuracy of the precision spacecraft instruments.

Кроме того, данное техническое решение может быть использовано для повышения точности наземной настройки пассивного регулирующего устройства КнТТ при проведении комплексных тепловых испытаний КА, в процессе которых определяются фактические характеристики теплопередающего тракта и возможные эксплуатационные отклонения температуры ТСП.In addition, this technical solution can be used to improve the accuracy of ground-based tuning of the passive control device KnTT during complex thermal tests of the spacecraft, during which the actual characteristics of the heat transfer path and possible operational deviations of the temperature of the heat transfer device are determined.

Claims (5)

1. Система терморегулирования прецизионных приборов космического аппарата, содержащая термостабилизируемую платформу с посадочными местами для установки приборов, выполненную в виде плоской сотопанели с встроенными тепловыми трубами, соединенными друг с другом общим коллекторным теплопроводом, подключенным к радиатору-охладителю посредством регулируемой контурной тепловой трубы, испаритель которой контактирует с коллекторным теплопроводом, а конденсатор интегрирован в радиатор-охладитель, рассеивающий тепло в космическое пространство, при этом система снабжена блоком управления, к входам которого подключены датчики температуры, а в паропроводе контурной тепловой трубы установлено пассивное регулирующее устройство, выполненное в виде трехходового клапана, снабженного сильфоном, заполненным инертным газом, причем шток клапана соединен с сильфоном, один из выходов клапана подсоединен к входу в радиатор, а другой, посредством байпасной линии подсоединен к контурной тепловой трубе на входе в ее компенсационную полость, отличающаяся тем, что пассивное регулирующее устройство снабжено вторым сильфоном, соединенным с первым сильфоном с возможностью изменения давления газа в первом сильфоне за счет изменения объема второго сильфона, при этом оба сильфона заполнены одинаковым инертным газом, а изменение объема второго сильфона осуществляется посредством приводного устройства, вход которого подключен к блоку управления.1. The temperature control system of precision instruments of the spacecraft, containing a thermostabilized platform with seats for installing devices, made in the form of a flat honeycomb panel with integrated heat pipes connected to each other by a common collector heat pipe connected to a radiator-cooler by means of an adjustable contour heat pipe, the evaporator of which in contact with the collector heat conductor, and the condenser is integrated into the radiator-cooler, which dissipates heat into the space In this case, the system is equipped with a control unit, the temperature sensors are connected to its inputs, and a passive control device is installed in the steam pipe of the loop heat pipe, made in the form of a three-way valve equipped with a bellows filled with inert gas, and the valve stem is connected to the bellows, one of the outputs the valve is connected to the inlet to the radiator, and another, through a bypass line connected to the contour heat pipe at the entrance to its compensation cavity, characterized in that the passive regulating e device is equipped with a second bellows connected to the first bellows with the possibility of changing the gas pressure in the first bellows by changing the volume of the second bellows, while both bellows are filled with the same inert gas, and the volume change of the second bellows is carried out by means of a drive device, the input of which is connected to the control unit . 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что изменяемый объем второго сильфона определяют из соотношения:2. The system according to p. 1, characterized in that the variable volume of the second bellows is determined from the ratio: dV=Vsyst-max·(1-(PTmin·Tmax)/(Tmin·PTmax)),dV = V syst-max · (1- (P Tmin · T max ) / (T min · P Tmax )), где dV - полное рабочее изменение объема второго сильфона, м3;where dV is the total working change in the volume of the second bellows, m 3 ; PTmin - давление теплоносителя КнТТ при минимальной температуре уставки, Па;P Tmin - heat carrier pressure KnTT at the minimum set temperature, Pa; PTmax - давление теплоносителя КнТТ при максимальной температуре уставки Па;P Tmax - pressure of the heat transfer medium КНТТ at the maximum temperature of the set point Pa; Vsyst-max - внутренний объем общей внутренней полости сильфонов при максимально растянутом втором и первом сильфонах, м3;V syst-max - the internal volume of the total internal cavity of the bellows at the maximum stretched second and first bellows, m 3 ; Tmax - максимальная применяемая температура уставки, К;T max - maximum applied setpoint temperature, K; Tmin - минимальная применяемая температура уставки, К.T min - minimum applied setpoint temperature, K. 3. Система терморегулирования по п. 1, отличающаяся тем, что второй сильфон подсоединен к первому сильфону через изолирующий клапан, вход которого подключен к одному из выходов блока управления, а приводное устройство выполнено в виде нагревателя, управляющий вход которого подключен к другому выходу блока управления, при этом второй сильфон размещен внутри отдельного резервуара, частично заполненного двухфазным теплоносителем, нагреватель установлен на наружной стенке резервуара, а датчики температуры установлены на паропроводе и резервуаре.3. The temperature control system according to claim 1, characterized in that the second bellows is connected to the first bellows through an isolation valve, the input of which is connected to one of the outputs of the control unit, and the drive device is made in the form of a heater, the control input of which is connected to the other output of the control unit while the second bellows is placed inside a separate tank, partially filled with a two-phase coolant, the heater is installed on the outer wall of the tank, and temperature sensors are installed on the steam line and cut Ivoire. 4. Система терморегулирования по п. 1, отличающаяся тем, что приводное устройство выполнено в виде шагового электродвигателя и толкателя, обеспечивающего изменение объема второго сильфона за счет его сжатия или растяжения, притом управляющий вход электродвигателя подключен к выходу блока управления, а датчик температуры установлен на паропроводе.4. The temperature control system according to claim 1, characterized in that the drive device is made in the form of a stepper motor and a pusher, providing a change in the volume of the second bellows due to its compression or extension, while the control input of the electric motor is connected to the output of the control unit, and the temperature sensor is set to steam line. 5. Система терморегулирования по п. 4, отличающаяся тем, что второй сильфон подсоединен к первому сильфону через изолирующий клапан, вход которого подключен к другому выходу блока управления.
Figure 00000001
5. The temperature control system according to claim 4, characterized in that the second bellows is connected to the first bellows through an isolation valve, the input of which is connected to another output of the control unit.
Figure 00000001
RU2016101252/11U 2016-01-18 2016-01-18 SYSTEM OF THERMAL REGULATION OF PRECISION INSTRUMENTS OF SPACE VEHICLE RU164433U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016101252/11U RU164433U1 (en) 2016-01-18 2016-01-18 SYSTEM OF THERMAL REGULATION OF PRECISION INSTRUMENTS OF SPACE VEHICLE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016101252/11U RU164433U1 (en) 2016-01-18 2016-01-18 SYSTEM OF THERMAL REGULATION OF PRECISION INSTRUMENTS OF SPACE VEHICLE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU164433U1 true RU164433U1 (en) 2016-08-27

Family

ID=56893090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016101252/11U RU164433U1 (en) 2016-01-18 2016-01-18 SYSTEM OF THERMAL REGULATION OF PRECISION INSTRUMENTS OF SPACE VEHICLE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU164433U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757740C1 (en) * 2021-03-19 2021-10-21 Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") Adjustable loop heat pipe
RU224524U1 (en) * 2023-06-30 2024-03-28 Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Spacecraft thermal control system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757740C1 (en) * 2021-03-19 2021-10-21 Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") Adjustable loop heat pipe
RU224524U1 (en) * 2023-06-30 2024-03-28 Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Spacecraft thermal control system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6581847B2 (en) Variable-air-volume diffuser, actuator assembly and method
JP5199257B2 (en) System and method for adjusting heat transfer to a fluid by adjusting the flow of the fluid
KR101936425B1 (en) Chiller system for rapid heating and cooling
CN101633411A (en) Actuating mechanism of spacecraft for integrating heat control and liquid momentum wheel
US9110477B2 (en) Over-temperature protection for flowing fluid systems
CN104246407A (en) Cooling device suitable for regulating temperature of heat source of satellite, and method for producing associated cooling device and satellite
RU2655154C2 (en) Method for adjusting the setpoint temperature of a heat transfer medium
CA2752478C (en) Controlling under surface heating/cooling
RU164433U1 (en) SYSTEM OF THERMAL REGULATION OF PRECISION INSTRUMENTS OF SPACE VEHICLE
US20150168020A1 (en) Temperature limiter for fluidic systems
JP2019195042A (en) Cooling system, control method thereof, control program, and waste heat using system
CN102092481A (en) Blocking device for loop heat pipe of satellite borne equipment
JP4152384B2 (en) Waste heat utilization heat source system
RU2474780C1 (en) Thermal control device based on wraparound heat tube
EP3346221B1 (en) Cooling regulation system and method for cooling regulation
RU162862U1 (en) SPACE EQUIPMENT THERMAL CONTROL SYSTEM
EA036897B1 (en) Device and method for regulating heating systems
Mishkinis et al. Thermal control of loop heat pipe with pressure regulating valve
RU215443U1 (en) Adjustable Loop Heat Pipe
RU2757740C1 (en) Adjustable loop heat pipe
Mishkinis et al. Low power and low temperature LHP for thermal control of rovers
RU213247U1 (en) Thermoregulating heating device based on a loop heat pipe
RU2737752C1 (en) System for providing a thermal mode of spacecraft instruments
KR102107594B1 (en) Temperature Control System for Chiller of Semiconductor Device
RU2144893C1 (en) Thermal conditions control system

Legal Events

Date Code Title Description
PC12 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for utility models

Effective date: 20171004

PC12 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for utility models

Effective date: 20171005

PC12 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for utility models

Effective date: 20171006

PC92 Official registration of non-contracted transfer of exclusive right of a utility model

Effective date: 20180820

TK9K Obvious and technical errors in the register or in publications corrected via the gazette [utility model]

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -PC1K- IN JOURNAL 28-2017