RU2182105C2 - Способ управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями и система для его осуществления - Google Patents

Способ управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями и система для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2182105C2
RU2182105C2 RU2000101465A RU2000101465A RU2182105C2 RU 2182105 C2 RU2182105 C2 RU 2182105C2 RU 2000101465 A RU2000101465 A RU 2000101465A RU 2000101465 A RU2000101465 A RU 2000101465A RU 2182105 C2 RU2182105 C2 RU 2182105C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
infrared emitters
heat flux
sensors
infra
Prior art date
Application number
RU2000101465A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000101465A (ru
Inventor
Ю.П. Звездов
В.А. Зяблов
Э.В. Щербаков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
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 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority to RU2000101465A priority Critical patent/RU2182105C2/ru
Publication of RU2000101465A publication Critical patent/RU2000101465A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2182105C2 publication Critical patent/RU2182105C2/ru

Links

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области наземной отработки космических объектов, в частности термовакуумных испытаний. Предлагаемый способ включает помещение объекта в вакуумную камеру и его облучение инфракрасным излучением. Тепловой поток от излучателей измеряют в местах установки на объекте датчиков. Датчики предварительно оттарированы оптическим имитатором Солнца. Сравнивают величину измеренного теплового потока с величиной излучения указанного имитатора. При неравенстве этих величин регулируют поток от инфракрасных излучателей. Предлагаемая система содержит вакуумную камеру с криогенными экранами, инфракрасные излучатели, оттарированные датчики их теплового потока, блоки сравнения и управления мощностью инфракрасных излучателей, а также задатчик потока. Причем выходы датчиков и задатчика соединены с блоком сравнения, а выход последнего - с указанным блоком управления. Изобретение направлено на повышение достоверности испытаний при сохранении их простоты и дешевизны. 2 с.п. ф-лы. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к тепловакуумным испытаниям космических объектов ( КО ) в условиях, приближенных к эксплуатации КО в открытом космическом пространстве, а также может найти применение в тех областях техники, где предъявляются повышенные требования к вопросам теоретических и экспериментальных исследований излучательных, поглощательных и отражательных характеристик энергетических аппаратов, изготовленных из различных материалов или имеющих разные покрытия; проблемам теплопередачи через контакты между отдельными поверхностями; методам расчета теплопередачи в сложных системах, где кроме тепловыделений, происходящих внутри экспериментальной установки, необходимо учитывать внешнее тепловое облучение соседними тепловыми агрегатами или взаимное облучение отдельных частей тела установки при сложной его форме.
Известны способы управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями, заключающиеся в регулировании интенсивности облучения поверхности объекта в соответствии с величиной, эквивалентной солнечному излучению, которую определяют расчетным путем (см. с. 138÷141; 267÷271; 331÷332. Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей его среды. / Под редакцией академика Г.И.Петрова, М.: Машиностроение, 1971 г.).
Известны системы управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями, содержащие вакуумную камеру с устройством охлаждения ее стенок, где излучателями таких имитаторов служат нагреваемые электрическим током металлические ленты, стержни, трубки, диски, а также йодовольфрамовые лампы в виде сферических колб или удлиненных цилиндров, где интенсивность излучения регулируют по показаниям поверхностных температурных датчиков испытуемого объекта (см. рис.3.14. на с.139; рис.3.16. на с.140; с. 267. Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей его среды. / Под редакцией академика Г.И. Петрова. М.: Машиностроение, 1971 г.).
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым способу и системе управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями являются система управления и способ, реализованные на установке HIVOS фирмы "Локхид", Space Aeponautics, 1961, No.7, содержащей вакуумную камеру с КО, установленным внутри нее, систему вакуумирования, подсоединенную к вакуумной камере, устройство охлаждения стенок вакуумной камеры, инфракрасные излучатели имитатора солнечного излучения, выполненные из кварцевых ламп с вольфрамовой нитью накала, смонтированных в два ряда на полированных алюминиевых рефлекторах, причем излучатели имитатора разделены на зоны, каждая из которых управляется раздельно.
Управление процессом имитации солнечного облучения каждой зоны производят регулировкой мощности излучателей по заданным значениям температурных датчиков объекта, величины которых определяются расчетным путем в соответствии с суммарным излучением от Солнца и планеты для заданной конфигурации внешней оболочки испытуемого КО.
Схема поперечного сечения имитатора тепловых потоков в установке HIVOS приведена на рис.4.31., с. 270. Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей его среды. / Под редакцией академика Г.И. Петрова. М.: Машиностроение, 1971 г.
Данный способ и система управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями принят за прототип.
Недостаток аналогов и прототипа заключается в неточности имитации натурных условий солнечного облучения КО, которая приводит к недостоверным результатам тепловых испытаний.
Неточность имитации обуславливается тем, что расчетные методы определения величины солнечного облучения КО инфракрасными излучателями, как правило, приводят к большим погрешностям из-за несовершенства методик расчета, которые не отражают:
а) влияния непараллельности лучей имитируемого солнечного потока;
б) неадекватность спектра источников инфракрасного излучения спектральному составу солнечного излучения;
в) неоднородность плотности потока излучения;
г) отражение "солнечных" лучей от теплопоглощающих экранов и поверхностей КО, расположенных вблизи зоны облучения.
Техническим результатом предлагаемых способа и системы управления является увеличение достоверности тепловых испытаний за счет применения более точного и надежного способа управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями с одновременной простотой и дешевизной системы управления.
Указанный технический результат достигается за счет того, что:
- в предлагаемом способе управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями, включающем помещение КО в вакуумную камеру и облучение объекта инфракрасным излучением, измеряют величину теплового потока от инфракрасных излучателей, по тарировочным характеристикам сравнивают ее с значением теплового потока, соответствующего заданному солнечному излучению, и при неравенстве этих значений регулируют величину теплового потока от инфракрасных излучателей;
- в предлагаемой системе управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями, содержащей вакуумную камеру с устройством охлаждения ее стенок и инфракрасные излучатели, введены датчики теплового потока, задатчик значения теплового потока от солнечного источника, при этом выходы датчиков теплового потока и вышеупомянутого задатчика соединены с блоком сравнения потоков, выход из которого подключен к блоку управления мощностью инфракрасных излучателей.
На чертеже представлена функциональная схема системы управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями, где:
1 - стенка цилиндрической вакуумной камеры;
2 - теплопоглотитель с криогенными экранами (устройство охлаждения стенок вакуумной камеры);
3 - космический объект (КО);
4 - экрановакуумная теплоизоляция КО;
5÷9 - инфракрасные излучатели;
10÷11 - датчики теплового потока;
12÷15 - экраны;
16 - задатчик значения теплового потока;
17 - блок сравнения потоков (заданного и измеренного);
18 - блок управления мощностью инфракрасных излучателей.
Система управления процессом имитации солнечного облучения КО 3, размещенного внутри вакуумной камеры 1, оснащенной теплопоглотителем с криогенными экранами 2 и инфракрасными излучателями 5÷9, разделенными экранами 12÷15 на две секции, каждая из которых управляется раздельно, содержит датчики теплового потока 10 и 11, установленные на поверхностях облучения КО, защищенных экрановакуумной теплоизоляцией 4, и задатчик значения теплового потока 16 от "солнечного" источника, выходы из которых соединяют с блоком сравнения потоков 17, подключенному к блоку управления мощностью инфракрасных излучателей 18.
Процесс имитации солнечного облучения КО 3, размещенного внутри вакуумной камеры 1, оснащенной теплопоглотителями с криогенными экранами 2 и инфракрасными излучателями 5÷9, осуществляется следующим образом.
На облучаемые поверхности КО 3 устанавливают датчики теплового потока 10 и 11 с оптическими коэффициентами рабочих поверхностей, соответствующими оптическим коэффициентам облучаемых поверхностей П1 и П2 КО 3, т.е.:
Figure 00000002

Figure 00000003

где As и ε - коэффициент поглощения солнечного излучения и степень черноты облучаемой поверхности.
Каждый датчик имеет свою сравнительную тарировочную характеристику, полученную при поочередном совместном облучении различной мощностью датчика с образцом-имитатором поверхности облучения оптическим имитатором Солнца и инфракрасными излучателями в условиях, приближенных к эксплуатации в открытом космическом пространстве. Результаты тарировки вводят в задатчик значения теплового потока 16, который алгоритмическим путем выдает величину температуры на датчике теплового потока Тзадан., соответствующую той, которая возникает при облучении рабочей поверхности датчика теплового потока с заданными коэффициентами As и ε инфракрасными излучателями определенной мощности, эквивалентной заданной мощности имитатора солнечного излучения, спектр лучистого потока которого максимально приближен к спектру естественного Солнца.
При поочередном облучении поверхностей облучения П1 и П2 КО 3 соответствующей секцией инфракрасных излучателей 5÷9 значения температур Т1измер.и Т2измер., измеряемых датчиками теплового потока 10 и 11 в виде электрических сигналов поступают в блок сравнения потоков (заданного и измеренного) 17, где происходит их идентификация с электрическими сигналами от задатчика значения теплового потока 16, соответствующими заданным значениям температур Т1задан. и Т2задан., определяемых алгоритмическим путем в зависимости от заданных оптических коэффициентов облучаемых поверхностей (As1 и ε1;As2 и ε2) и заданного значения мощности теплового потока Nзадан. излучения Солнца.
В результате идентификации сигналов от датчиков теплового потока 10 и 11 и от задатчика значения теплового потока 16 блок сравнения потоков 17 выдает сигнал в блок управления мощностью инфракрасных излучателей 18, с помощью которого регулируют мощность каждой секции инфракрасных излучателей.
Использование предлагаемого способа и системы управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями дает следующие положительные результаты:
а) увеличение достоверности тепловых испытаний за счет применения более точного способа управления процессом имитации солнечного облучения КО инфракрасными излучателями, которое достигается посредством установки на облучаемые поверхности КО датчиков теплового потока и введением в систему управления задатчика значения теплового потока от "солнечного" источника, блока сравнения потоков (заданного и измеренного) и блока управления мощностью инфракрасных излучателей, с помощью которых измеренная величина теплового потока от инфракрасных излучателей (в температурном эквиваленте) сравнивается с значением теплового потока, соответствующим заданному "солнечному" излучению, и при неравенстве этих значений осуществляется регулировка теплового потока от инфракрасных излучателей.
б) обеспечение высокой динамичности системы управления процессом имитации солнечного облучения, позволяющей с большой точностью воспроизводить рост значения температур облучаемых поверхностей в зависимости от времени облучения инфракрасными излучателями мощностью, эквивалентной заданной мощности излучения Солнца, что достигается за счет введения в задатчик значения тепловых потоков динамических тарировочных характеристик датчиков теплового потока;
обеспечение высокой динамичности системы управления процессом имитации солнечного облучения играет большую роль при моделировании неустановившихся тепловых процессах, обусловленных частой сменой ориентации КО относительно Солнца или пассивным полетом вокруг Земли, где в течение одного витка КО 1час находится на "солнце" и 30 минут в "тени";
в) автоматизация управления процессом имитации солнечного облучения;
г) простота и дешевизна способа управления процессом имитации солнечного облучения, надежность системы управления в эксплуатации;
д) возможность проведения тепловых испытаний космических аппаратов большой, средней и малой размерности в более экономичном режиме, чем при использовании дорогостоящих и сложных оптических имитаторов солнечного излучения.
Предлагаемые способ и система управления процессом имитации солнечного облучения инфракрасными излучателями может иметь широкое практическое применение для получения экспериментальных данных при решении проблем, связанных с обеспечением теплового режима аппаратов, находящихся в открытом космическом пространстве; для решения проблем теплопередачи через контакты между отдельными поверхностями; для получения методик расчета теплопередачи в сложных космических системах; для решения проблем переноса тепла через многослойную экрановакуумную изоляцию, а также для исследования элементов системы терморегулирования космических аппаратов.

Claims (2)

1. Способ управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями, включающий помещение космического объекта в вакуумную камеру, облучение космического объекта инфракрасным излучением, отличающийся тем, что измеряют величину теплового потока от излучателей в местах установки датчиков теплового потока на космическом объекте, имеющих оптические коэффициенты рабочих поверхностей, соответствующие оптическим коэффициентам облучаемых поверхностей космического объекта и предварительно оттарированных оптическим имитатором Солнца и инфракрасными излучателями, сравнивают указанную величину с величиной теплового потока, соответствующей излучению указанного имитатора, и при неравенстве этих значений регулируют величину потока инфракрасных излучателей.
2. Система управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями, содержащая вакуумную камеру, оборудованную теплопоглотителем с криогенными экранами, инфракрасные излучатели, отличающаяся тем, что в нее введены датчики теплового потока, установленные на облучаемых поверхностях космического объекта, задатчик значения теплового потока от солнечного источника, при этом выходы датчиков теплового потока и вышеупомянутого задатчика соединены с блоком сравнения потоков от инфракрасных излучателей и солнечного источника, а выход этого блока сравнения подключен к блоку управления мощностью инфракрасных излучателей.
RU2000101465A 2000-01-17 2000-01-17 Способ управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями и система для его осуществления RU2182105C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000101465A RU2182105C2 (ru) 2000-01-17 2000-01-17 Способ управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями и система для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000101465A RU2182105C2 (ru) 2000-01-17 2000-01-17 Способ управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями и система для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000101465A RU2000101465A (ru) 2001-11-10
RU2182105C2 true RU2182105C2 (ru) 2002-05-10

Family

ID=20229611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000101465A RU2182105C2 (ru) 2000-01-17 2000-01-17 Способ управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями и система для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2182105C2 (ru)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451971C1 (ru) * 2010-12-08 2012-05-27 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (ОАО "ОНПП "Технология") Способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет
RU2468970C2 (ru) * 2010-12-30 2012-12-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" Способ для оценки потери массы и содержания летучих конденсирующихся веществ при вакуумно-тепловом воздействии на неметаллические материалы в сочетании с высокоэнергетическим излучением и устройство для его осуществления
CN103204251A (zh) * 2012-11-28 2013-07-17 北京卫星环境工程研究所 用于载人航天器地面综合试验的人员代谢模拟系统
RU2519312C2 (ru) * 2012-09-26 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космического аппарата
RU2526406C1 (ru) * 2013-02-26 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Способ тепловых испытаний приборного отсека летательного аппарата
CN104015942A (zh) * 2014-06-16 2014-09-03 北京卫星环境工程研究所 航天器真空热试验超高温度热流模拟系统
RU2553411C1 (ru) * 2014-01-28 2015-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точных приборов" Стенд для тепловых испытаний радиоэлектронных устройств космических аппаратов
CN110949696A (zh) * 2019-11-20 2020-04-03 上海卫星工程研究所 卫星发动机热防护性能验证系统
RU2720738C1 (ru) * 2019-09-12 2020-05-13 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» Способ управления нагревом при тепловых испытаниях керамических обтекателей
CN114354131A (zh) * 2022-03-18 2022-04-15 中国飞机强度研究所 一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统及其控制方法
RU2801956C2 (ru) * 2023-02-28 2023-08-21 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Способ имитации солнечного излучения

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Моделирование тепловых режимов КА и окружающей его среды. / Под ред. акад. ПЕТРОВА. Г.И. - М.: Машиностроение. 197 1, с.270, рис.4.31. АНДРЕЙЧУК О.В., МАЛАХОВ Н.Н. Тепловые испытания КА. - М.: Машиностроение, 1982. с. 38-45. *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451971C1 (ru) * 2010-12-08 2012-05-27 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (ОАО "ОНПП "Технология") Способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет
RU2468970C2 (ru) * 2010-12-30 2012-12-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" Способ для оценки потери массы и содержания летучих конденсирующихся веществ при вакуумно-тепловом воздействии на неметаллические материалы в сочетании с высокоэнергетическим излучением и устройство для его осуществления
RU2519312C2 (ru) * 2012-09-26 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космического аппарата
CN103204251A (zh) * 2012-11-28 2013-07-17 北京卫星环境工程研究所 用于载人航天器地面综合试验的人员代谢模拟系统
CN103204251B (zh) * 2012-11-28 2016-09-14 北京卫星环境工程研究所 用于载人航天器地面综合试验的人员代谢模拟系统
RU2526406C1 (ru) * 2013-02-26 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Способ тепловых испытаний приборного отсека летательного аппарата
RU2553411C1 (ru) * 2014-01-28 2015-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точных приборов" Стенд для тепловых испытаний радиоэлектронных устройств космических аппаратов
CN104015942A (zh) * 2014-06-16 2014-09-03 北京卫星环境工程研究所 航天器真空热试验超高温度热流模拟系统
RU2720738C1 (ru) * 2019-09-12 2020-05-13 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» Способ управления нагревом при тепловых испытаниях керамических обтекателей
CN110949696A (zh) * 2019-11-20 2020-04-03 上海卫星工程研究所 卫星发动机热防护性能验证系统
CN114354131A (zh) * 2022-03-18 2022-04-15 中国飞机强度研究所 一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统及其控制方法
RU2803298C1 (ru) * 2022-12-16 2023-09-12 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космических аппаратов
RU2801956C2 (ru) * 2023-02-28 2023-08-21 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Способ имитации солнечного излучения
RU2818683C1 (ru) * 2023-12-20 2024-05-03 Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") Способ управления нестационарным радиационным нагревом образца конструкции летательного аппарата

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mather et al. Calibrator design for the COBE* far infrared absolute spectrophotometer (FIRAS)
Meng et al. Irradiance characteristics and optimization design of a large-scale solar simulator
RU2182105C2 (ru) Способ управления процессом имитации солнечного облучения космических объектов инфракрасными излучателями и система для его осуществления
US8201994B2 (en) Flexible thermal cycle test equipment for concentrator solar cells
Abuseada et al. Characterization of a new 10 kWe high flux solar simulator via indirect radiation mapping technique
Black et al. A study of directional radiation properties of specially prepared V-groove cavities
D'Alessandro et al. Calorimetric testing of solar thermal absorbers for high vacuum flat panels
CN207523959U (zh) 用于线阵红外地球敏感器变轨道极性测量的地球模拟器
Olsson Calibration of radiant heat flux meters-the development of a water cooled aperture for use with black body cavities. Nordtest project 873-90.
US3396584A (en) Space simulation and radiative property testing system and method
Krueger et al. Operational performance of the university of Minnesota 45kWe high-flux solar simulator
Stoddard Convective loss measurements at the 10 MW/sub e/Solar Thermal Central Receiver Pilot Plant
Maliage et al. The flux distribution from a 1.25 m2 target aligned heliostat: comparison of ray tracing and experimental results
RU2585613C2 (ru) Способ коррекции собственной температурной зависимости кремниевых фотоэлектрических преобразователей
RU2761119C1 (ru) Устройство для исследования энергетических и временных параметров светового излучения
CN113933233B (zh) 空中设备太阳辐射试验方法和系统
Cunnington et al. Emissivity coatings for low-temperature space radiators
Sweet et al. A Radiometer for Use in Thermal Studies of Spacecraft
Kovtun et al. SIMULATION OF SYSTEM FOR REPRODUCTION OF HIGH INTENSITY HEAT FLUX
Özkökdemir et al. A Novel Fast Predicting Technique for the Absorptivity of Surface Coating
Martinez-Manuel OPTICAL THERMAL CHARACTERIZATION OF A HIGH FLUX SOLAR SIMULATOR FOR THE DEVELOPMENT OF SPECTRAL ABSORPTION APPLICATIONS
Kilin et al. Realization of the Radiance Scale Using Transfer Function of the Laser-Based Optical System
CN106767908A (zh) 一种用于线阵红外地球敏感器极性测量的地球模拟器
CN113670982A (zh) 一种太阳能电池板无损检测方法
Miller et al. A radiometer for use in thermal studies of spacecraft

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180118